[发明专利]面向陶瓷基复合材料及碳/碳复合材料的高温感应钎焊装置

说明书

本发明公开了一种面向陶瓷基复合材料及碳/碳复合材料的高温感应钎焊装置，包括Mo管及其外侧的耐氧化高温保护套，Mo管和耐氧化高温保护套均置于感应加热电源的感应线圈内。Mo管经感应加热提供辐射热源，用于加热Mo管内放置的陶瓷基复合材料母材或碳/碳复合材料母材。耐氧化高温保护套用于防止Mo管表面在高温下氧化，从而提高Mo管的使用寿命，以及用于降低母材焊接后所形成的工件的冷速。该装置实现了在氩气保护气氛下利用感应钎焊方法将钎焊加热温度升高到1500℃以上，并且具有免抽真空、加热速度快、设备投资小、施焊方便及成本低的优点。

技术领域

本发明涉及一种适用于陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料母材的感应钎焊装置。

背景技术

陶瓷纤维强化的陶瓷基复合材料(如SiCf/SiC)、碳纤维强化的陶瓷基复合材料(如Cf/SiC)、碳纤维强化的碳基复合材料(如C/C)具有高温强度、抗烧蚀性能好以及密度低的优点，在高温服役环境下可替代金属材料，成为航空航天高温结构件的重要原材料。对于由以上陶瓷基复合材料(CMC：Ceramic Matrix Composite)、碳/碳复合材料构成的高温结构件，其焊接工艺不能采用电弧焊，而是主要采用钎焊工艺。并且由于主要用于高温服役条件，因此，对钎焊所用钎料的要求是熔点高、润湿性好，对钎焊装置的要求是能耐高温。

常用真空钎焊炉的真空环境有利于防止钎料金属氧化、抑制钎料合金元素烧损、改善界面润湿性，在金属母材的钎焊方面具有焊接质量稳定的优点，但在应用于陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料的高温钎焊时，存在以下问题：(1)焊接前需要预先抽真空，不仅设备投资增大(数十万元)，而且抽真空耗费时间，使高温感应钎焊的设备成本与时间成本明显增高；(2)由于通常采用外部传导电流通过Mo片、Mo丝、Mo条时产生的焦耳热为热源，加热速度慢；(3)允许的最高加热温度通常小于1200℃。

虽然感应钎焊具有加热速率快的优点，但陶瓷基复合材料中因陶瓷相基体或陶瓷相增强相的存在限制了涡流的产生，导致陶瓷基复合材料无法直接进行感应加热。中国专利201320263798.X所提出的高频感应真空钎焊炉，通过感应加热电磁屏蔽层，以电磁屏蔽层作为辐射热源完成工件的钎焊，解决了高频磁场的集肤效应所导致的炉内温度场不均匀、不稳定的问题。但该专利依然需要由真空室提供真空钎焊条件。

作为组成高温结构件的材料，CMC与C/C母材需要使用高熔点钎料，钎焊温度随之升高。虽然此类母材表面不易被氧化，但在没有严格的真空密封保护措施下，作为辐射热源的电磁屏蔽层(采用Mo材等制成)、钎料金属成分均容易在所需要的极高的钎焊温度下发生氧化；此外Mo材的塑性差，容易在反复加热/冷却循环中发生开裂。

目前亟待提出一种加热迅速、加热峰值温度高、免抽真空的“高效低成本”感应钎焊装置。

发明内容

针对真空钎焊用于陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料存在的设备投资大、抽真空耗时长、加热速率慢、生产成本高的问题，本发明提供一种面向陶瓷基复合材料及碳/碳复合材料的高温感应钎焊装置。该感应钎焊装置以感应加热作为间接热源，通过在Mo管等难熔金属管的腔壁产生热辐射，从而实现适用于陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料母材的高效低成本快速感应加热，并提高高温感应钎焊设备使用寿命和焊接质量。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

该感应钎焊装置包括难熔金属钼(Mo)管以及设置于Mo管外侧的耐氧化高温保护套，所述耐氧化高温保护套的外侧设置有感应线圈，感应线圈通过加热Mo管的腔壁形成用于加热母材(陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料)的辐射热源(即通过对Mo管进行感应加热，使Mo管成为用于钎焊加热的发热体)，耐氧化高温保护套上设置有与Mo管内部(Mo管腔壁所围成的管内空腔，主要用于放置和加热待焊接的母材)相连通的保护气进气孔。

其中，耐氧化高温保护套主要分为高温水泥保护套和陶瓷保护套两类。高温水泥保护套采用在Mo管与其外侧模板之间浇筑高温水泥而成(故又称为高温水泥模套)，与Mo管外壁紧密贴合(无间隙)。