[发明专利]一种选择性热腐蚀辅助钎焊纤维增强复合材料与金属的方法

说明书

一种选择性热腐蚀辅助钎焊纤维增强复合材料与金属的方法，它涉及一种纤维增强复合材料与金属的钎焊方法。本发明解决现有纤维增强陶瓷基复合材料与金属钎焊连接中，因属性差异导致残余应力过大、连接界面结构不佳的问题，且现有对纤维增强陶瓷进行表面处理形成纤维增强型过渡层的方法，存在陶瓷适用范围小，需要高压或高温进行的问题。制备方法：一、热腐蚀熔融盐的制备；二、热腐蚀保护层的制备；三、热腐蚀处理；四、钎焊过程。本发明用于选择性热腐蚀辅助钎焊纤维增强复合材料与金属的方法。

技术领域

本发明涉及一种纤维增强复合材料与金属的钎焊方法。

背景技术

纤维增强陶瓷基复合材料具有陶瓷材料的高比强度、良好的尺寸稳定性以及耐烧蚀、耐热冲击的特性，并具有良好的断裂韧性与抗冲击性，其替代陶瓷材料在轻量化设计与耐热烧蚀等结构上获得极其广泛的应用。由于复合材料成本高昂及难以制备大尺寸结构件，常需与金属进行连接以满足实际生产需求。针对异种材料的连接，采用活性钎焊技术可高性价比地实现高质量的连接。然而陶瓷基复合材料与金属的钎焊受到两个问题的困扰：一是复合材料与金属属性差异巨大，导致高残余应力的产生，这削弱了接头的连接强度；二是连接界面不佳导致的连续开裂。陶瓷基复合材料与钎料的连接依靠钎料中的活性元素与陶瓷相原位反应形成反应层，在承受外载荷的情况下，复合材料与钎料的变形量差异巨大，使得应力在反应层处集中，由于此时反应层在复合材料表面形成且具有较大脆性，一旦裂纹萌生将发生连续开裂，这使得反应层成为接头最为薄弱的位置。研发减弱属性差异并改善连接界面结构的方法是提高复合材料与金属连接强度的理想方法。

基于此类设计思路，研究者想通过钎料与复合材料形成钉扎结构，以获得过渡区域缓解属性差异，并改变原本平直的反应层结构。以往研究通过机械或激光等加工形式在陶瓷基复合材料表面进行制备孔与沟槽等结构，钎焊过程中钎料渗入其中形成钉扎结构，这将提高界面连接面积，使得连接界面变得曲折，一定程度上改善接头断裂路径并防止连续开裂的发生。不过此类方法由于所加工的结构尺寸较大，无法密集制备，属性差异的缓解效果有限。并且机械或激光加工引入的机械切削力与高热输入会导致微裂纹的形成，使得复合材料本身强度与致密性下降。细化过渡区结构以减小属性差异，避免机械切削与高热输入是应用钉扎结构的技术追求。

由于纤维增强复合材料中增强体纤维多具备低膨胀、高强度等特点，利用其形成钉扎过渡区：高含量与均匀分布的纤维一是可以起到平衡属性差异的作用，二是纤维作为连接复合材料与钎料的桥梁可传递应力。此类结构将极大增加复合材料与钎料的连接面积，活性元素在纤维表面形成的反应层将原本的平直结构转为网络状结构，充分防止反应层的连续开裂。对此一些研究通过高温氧化或冶金反应等形式对特定陶瓷进行表面处理可形成纤维增强型过渡层，但这些方法适用范围小，并且需要高压(10MPa～30MPa)与高温(高于800℃)进行，高温热循环会加剧复合材料内应力，致使纤维与基体结合力减弱，造成复合材料强度下降。

发明内容

本发明要解决现有纤维增强陶瓷基复合材料与金属钎焊连接中，因属性差异导致残余应力过大、连接界面结构不佳的问题，且现有对纤维增强陶瓷进行表面处理形成纤维增强型过渡层的方法，存在陶瓷适用范围小，需要高压或高温进行的问题，而提供一种选择性热腐蚀辅助钎焊纤维增强复合材料与金属的方法。

一种选择性热腐蚀辅助钎焊纤维增强复合材料与金属的方法，它是按以下步骤进行的：

一、热腐蚀熔融盐的制备：

将碱性氧化剂、缓蚀剂与碳粉混合，得到混合粉末，然后对混合粉末进行研磨均匀，得到热腐蚀熔融盐；

所述的热腐蚀熔融盐中缓蚀剂的质量百分数为5％～30％；所述的热腐蚀熔融盐中碳粉的质量百分数为1％～5％；

二、热腐蚀保护层的制备：