[发明专利]一种石墨与不锈钢的接触反应用活性连接剂及钎焊方法

说明书

一种石墨与不锈钢的接触反应用活性连接剂，按质量分数，取Ti粉10～20%，CuLi10粉10～60%，粘结剂10%，余量为Cu粉，搅拌均匀后制备成膏状的活性连接剂；钎焊方法如下：将不锈钢块的待焊表面加工成波纹状，然后将石墨块、不锈钢块的待焊表面清洗干净并涂覆活性连接剂，将二者组合成对接接头试样，然后在卡具与试样接触面上预涂覆阻焊剂，将试样在卡具上固定压紧，置于钎焊炉真空室中，施加焊接压力，抽真空，然后对对接接头试样进行加热、保温，并随炉冷却至室温完成钎焊；本发明借助接触反应原理，实现了石墨与不锈钢之间高可靠、高致密且无钎料、无钎剂的连接，不仅有助于降低石墨与不锈钢的钎焊温度，而且能保证基体材料的力学性能。

技术领域

本发明涉及石墨与不锈钢钎焊材料技术领域，具体的说是一种石墨与不锈钢的接触反应用活性连接剂及钎焊方法。

背景技术

石墨是重要的非金属材料，相对密度较低，具有极高的熔点、优良的抗腐蚀性能、良好的抗冲击性和高热传导性，广泛应用于民用产业、国防工业、航空航天、能源及交通行业。石墨与不锈钢的焊接件兼有两者的优点，在国防和民用产业方面具有广阔的发展前景，但石墨与不锈钢的焊接以及焊接强度是目前急需解决的问题。目前，石墨与不锈钢的连接方法主要有两种：机械铆接，用铆钉之类的固定件将石墨与不锈钢连接在一起；粘结剂粘接，包括有机粘结剂和无机粘结剂。石墨材料与不锈钢的焊接存在两方面问题：一是石墨与不锈钢之间的热膨胀系数差距较大，焊接温度越高，焊接冷却过程中母材热影响区热应力越过度集中，可能出现裂纹而导致焊接失败；二是由于不锈钢熔点较石墨相比低很多，不锈钢的使用温度在-196℃~800℃之间，因此钎料合金的熔点应处于1000℃以上，但应低于不锈钢的熔点以下150℃左右（不锈钢熔点约1300℃~1400℃）；针对上述情况，本发明提出一种石墨与不锈钢的接触反应用活性连接剂及钎焊方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题的不足，本发明提出一种石墨与不锈钢的接触反应用活性连接剂及钎焊方法，借助接触反应原理，应用本发明的活性连接剂实现了石墨与不锈钢之间高可靠、高致密且无钎料、无钎剂的连接，不仅有助于降低石墨与不锈钢的钎焊温度，而且能保证基体材料的力学性能。

本发明为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案是：一种石墨与不锈钢的接触反应用活性连接剂，包括纯Cu粉、Ti粉、CuLi10合金粉和粘结剂，活性连接剂的制备方法如下：按质量分数，取Ti粉10～20%，CuLi10粉10～60%，粘结剂10% ，余量为Cu粉，搅拌均匀后制备成膏状的活性连接剂。

进一步的，所述纯Cu粉的粒度为75~200um，纯度大于99.99%；所述CuLi10合金粉的粒度为150~350um。

进一步的，所述粘结剂为钠水玻璃。

一种石墨与不锈钢的接触反应用活性连接剂的钎焊方法，包括以下步骤：

（1）先将不锈钢块的待焊表面加工成波纹状，然后将石墨块的待焊表面和不锈钢块的波纹状待焊表面清洗干净，并涂覆膏状的活性连接剂，形成涂覆层；

（2）将涂覆有活性连接剂的石墨块与不锈钢块组合成对接接头试样，然后在卡具与对接接头试样的接触面上预涂覆阻焊剂；

（3）将对接接头试样在卡具上固定压紧，置于钎焊炉真空室中，施加3~6MPa的焊接压力，使待焊石墨块与不锈钢块接触；

（4）抽真空使钎焊炉内的真空度达到3×10^-3~5×10^-3Mpa，然后对对接接头试样进行加热、保温，并随炉冷却至室温，取出对接接头试样，即完成钎焊。

进一步的，步骤（1）中不锈钢块的波纹状表面为拉铣加工而成，波纹深度为6~12um，间距为2~3mm。

进一步的，步骤（1）中，在石墨块的待焊表面和不锈钢块的波纹状待焊表面通过刷涂或喷的方式涂敷厚度为15~20um的活性连接剂。