[发明专利]一种用于辅助陶瓷基复合材料与金属的钎焊的方法

说明书

本发明公开了一种用于辅助陶瓷基复合材料与金属的钎焊的方法，通过引入一种石墨烯强化的短纤维三维编织，呈疏松、多孔结构的陶瓷基复合材料中间层辅助复合材料与金属的钎焊连接。从而解决现有陶瓷与金属热膨胀系数不匹配度较大导致钎焊接头残余应力过高、陶瓷增强相的引入量少，且使得焊缝脆性加剧的问题。

技术领域

本发明涉及一种中间层辅助钎焊的方法。本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种用于辅助陶瓷基复合材料与金属的钎焊的方法。

背景技术

陶瓷基复合材料(ceramic matrix composite，简称CMCs)具有耐高温、耐氧化、耐腐蚀以及高强度、高刚度、低密度等优良性能，在航空航天、机械、汽车等领域有着广阔的应用前景。

迄今为止，陶瓷基复合材料的开发和应用已有60多年的历史进程：纤维增强塑料→氧化铝陶瓷→微晶玻璃→石英陶瓷→氮化物陶瓷，演变至今的连续纤维增强陶瓷基透波复合材料。连续纤维增强陶瓷基复合材料凭借其高温下的表面强度高以及较高的断裂韧性，被认为是用于先进航空发动机、空间和聚变动力堆的潜在材料。但纤维增强复合材料可加工性差，很难制备成大尺寸、复杂形状的结构件，因此，复合材料需要通过与金属进行连接才能够实现广泛应用。

当采用活性钎焊的方法对陶瓷基复合材料与金属进行连接时，由于复合材料与金属或活性钎料间热膨胀系数不匹配，从而导致接头中产生较大残余应力，降低接头强度。目前，学者们针对陶瓷基复合材料与金属所形成钎焊接头的残余应力的研究发现：向钎料中加入纳米颗粒相可以缓解残余应力，但纳米颗粒相的添加量十分有限(6～8wt.％)，然而，添加量过多，纳米颗粒相会在焊缝中团聚，因此，添加纳米颗粒相缓解残余应力十分有限。还有学者引入短纤维编织的陶瓷材料作为中间层能够满足短纤维大量加入钎料中，但在钎焊过程中，短纤维与活性钎料发生过度反应导致复合材料的三维编织结构发生坍塌，反应形成的化合物颗粒相发生偏聚，降低接头强度。

发明内容

本申请实施例通过提供一种用于辅助陶瓷基复合材料与金属的钎焊的方法，采用呈疏松、多孔结构的石墨烯强化短纤维编织材料作为中间层，辅助钎焊，可以使大量短纤维在焊缝中弥散分布，且中间层能够保持完整编织结构，从而解决现有陶瓷与金属热膨胀系数不匹配度较大导致钎焊接头残余应力过高、陶瓷增强相的引入量少，且使得焊缝脆性加剧的问题，有效缓解钎焊残余应力，提高钎焊强度，实现复合材料与金属的高质量连接。

本申请实施例提供了一种用于辅助陶瓷基复合材料与金属的钎焊的方法，利用石墨烯强化的短纤维编织复合材料作为中间层，进行辅助钎焊，具体步骤包括：

步骤一：将三维编织的短纤维浸入液态熔石英中，所述短纤维为SiO₂纤维或Al₂O₃纤维，静置5～20min，然后在温度400～800℃的条件下，真空退火时间为2～5h，以上过程重复2～5次，得到退火后的短纤维编织的复合材料；将短纤维编织的复合材料切割成厚50～200μm的薄片状，优选采用金刚石线切割机对所述短纤维编织的复合材料进行切割；

步骤二：将所述薄片状的复合材料浸泡在浓度为0.01mol/L～0.2mol/L的催化剂溶液中，所述催化剂为金属硝酸盐溶液，在空气中晾干后，采用PECVD法进行气相沉积，进一步的，所述气相沉积过程中，加热温度为500～800℃，在加热温度下，设置压强，压强值在400～1000Pa，并开始射频，射频时间10～60min，Ar和CH₄的气体流量比为2～20，射频功率100～200W，从而获得石墨烯强化的短纤维编织复合材料；需要说明的是，所述PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)是指等离子体增强化学的气相沉积法；