C/C复合材料、C/SiC复合材料与金属的连接方法

摘要

本发明C/SiC、C/C复合材料与金属的连接方法，属异质材料连接技术领域。工艺步骤如下：①C/SiC、C/C复合材料表面预处理。包括连接区表面磨削、清洗、真空素烧、双层金属薄膜制备、高真空热处理等步骤。②C/SiC、C/C复合材料连接区表面梯度过渡层的涂布、烧结。③以梯度过渡层为黏结相的复合材料与金属的真空钎焊。本发明特点是梯度过渡层直接作为复合材料与金属的连接材料；梯度过渡层为两层或多层(子层)结构，由复合材料基体向外，各子层采用的活性钎料熔点逐渐降低，热膨胀系数调节相体积百分含量逐渐降低，子层热膨胀系数逐渐升高。本发明钎焊的陶瓷-金属连接件强度高、气密性好、应用范围广，适用于多种陶瓷如SiC、Si₃N₄、Al₂O₃、AlN等非金属纤维及颗粒增强陶瓷基复合材料与金属的连接。

主权项

1. 一种复合材料与金属的连接方法，所述复合材料为C/C复合材料或C/SiC复合材料，其特征在于：它包括以下步骤：(1)C/C复合材料或C/SiC复合材料焊接区域表面预处理：①采用粒度200目以上金刚石砂轮对C/C复合材料或C/SiC复合材料焊接区域表面进行磨削加工，加工量为0.1—0.5mm，加工完成后，复合材料整体超声波除油、清洗、热风烘干，真空热处理，清洗时间：30-120min；溶剂为四氯化碳或丙酮；在真空热处理时，真空度1—10Pa；温度：1000—1300℃；时间：30-120min；②C/C复合材料或C/SiC复合材料焊接区域表面双层金属薄膜制备：底层为Ti、Zr、Hf、V其中之一，膜厚1—5微米；表层为W、Mo其中之一，膜厚1—5微米；工艺采用PVD或CVD薄膜制备技术；焊接区双层薄膜沉积后，复合材料整体真空热处理，真空度优于10×10-3Pa；温度：900-1300℃；时间：15—90min；(2)C/C复合材料或C/SiC复合材料焊接区梯度焊接过渡层制备：本发明以能够润湿C/C复合材料或C/SiC复合材料并具有熔点差异的两种或多种活性钎料为粘接相，以膨胀系数较低的粒度-100目的SiC、W、Mo、Al2O3或长度500微米以下的SiC晶须、C纤维其中一种或几种组合为热膨胀系数调节相，采用无压或加压烧结工艺，制备两层或多层结构的C/C复合材料或C/SiC复合材料梯度焊接过渡层；具体步骤如下：①梯度焊接过渡层结构与材料体系设计：0.5—5mm厚的梯度焊接过渡层为两层或多层结构；由复合材料基体向外，0.1—2.5mm厚的各层粘接相的熔点与热膨胀系数调节相的体积分数依次降低；②梯度焊接过渡层子层配膏：粒度-100目、20—80％体积百分数的钯基、铜基、金基、钛基、银基活性钎料其中之一与20—80％体积百分数、粒度-100目的SiC、W、Mo、Al2O3或长度500微米以下的SiC晶须、C纤维其中一种或几种混料配膏，配膏剂采用体积百分数40—70％硝棉溶液、10—30％醋酸丁酯、10-30％草酸二乙酯混合溶液，膏的粘度在500—2000Pa.s范围内；③各子层的涂布与烧结：采用手工或丝网印刷工艺，在C/C复合材料或C/SiC复合材料焊接区域涂布、烧结梯度过渡层各子层，由复合材料基体向外，外子层在相邻内子层涂布、烧结完成后，再在其表面上涂布、烧结，以此类推；各子层烧结工艺：烧结环境，真空烧结，真空度优于10×10-3Pa；烧结温度：高于该层活性钎料流点20—60℃；压力，0—100MPa；时间：5—60min；(3)与金属钎焊：梯度焊接过渡层制备完成的C/C复合材料或C/SiC复合材料通过梯度焊接过渡层与金属钎焊连接，选用钎料的钎焊温度低于梯度焊接过渡层外表面子层粘接相的熔点。