一種用于SiC基復合材料連接的釬料的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于SiC基復合材料連接的釬料,具體涉及一種包含Cu、Ti和Al的用于SiC基復合材料焊接的釬料。
【背景技術】
[0002]SiC基復合材料，如C/SiC、SiC/SiC等，具有低密度、高強度、高模量、高熱導、耐輻射、高溫力學性能優異等特點，在航空航天、新能源及交通運輸等高技術領域具有廣闊的應用前景。但在其實際生產和使用過程中，制備復雜形狀的構件、修復受損的材料、進行封裝以及與異質材料相結合等問題，都會涉及到SiC基復合材料的連接。目前SiC基復合材料的連接方式主要有機械連接、粘接、先驅體轉化、反應成型、固相擴散、釬焊、在線液相滲透等，其中釬焊連接具有工藝簡單、接頭適用溫度較高、密封性能好等優點，是一種非常具有實用價值和發展前景的連接方法。
[0003]欲對SiC基復合材料實現經濟、有效的釬焊連接，從而推廣SiC基復合材料在各領域的廣泛應用，需要開發一種釬焊性能優異的釬料。但是現有的用于SiC基復合材料連接的常用釬料，有的采用大量貴金屬，如Cuisil-ABA (Ag-35.25Cu_l.75Ti,wt% )，導致釬料成本很高；有的采用高溫金屬基體，如鈦基、鎳基高溫釬料，不僅釬焊所需溫度高，對母材損傷大，而且接頭脆性大。為了充分發揮SiC基復合材料優異的高溫力學性能并且減小其在釬焊過程中的損傷，迫切需要一種成本及釬焊實施溫度較低、而接頭高溫強度較好的釬料，以適用于大規模工程應用并降低生產成本。
【發明內容】
[0004]本發明旨在克服現有SiC基復合材料焊接用釬料的缺陷，本發明提供了一種包含Cu、Ti和Al的用于SiC基復合材料焊接的釬料。
[0005]本發明提供了一種用于SiC基復合材料焊接的釬料，所述釬料包含由Cu粉、Ti粉和/或TiH2粉、以及Al粉組成的釬料粉末，所述釬料粉末中，Al的重量百分含量為I?1wt % (優選3-10wt% )，Ti和/或TiH2的百分含量為4?18wt%，余量為Cu。
[0006]本釬料采用Cu基體，具有導熱性、耐腐蝕性好，對母材損傷較小等優點。該釬料不會像Ti基釬料那樣基體做為活性組分，在較高溫度下長時間服役時與母材發生過量的反應，生成脆性物質而對接頭產生持續損傷；本釬料中Al元素一方面可以降低釬焊實施溫度從而減小能耗和對母材的損傷，另一方面可以提高釬料的流動性及抗氧化性能，并促進SiC基復合材料與釬料之間的元素相互擴散；本釬料中Ti元素主要有兩方面作用。首先，通過與SiC基復合材料形成化學鍵合，提高釬料對母材的潤濕性從而增大連接強度。其次，Ti元素可以與釬料中Al元素以及從母材擴散到釬料中的S1、C等元素發生反應，原位形成碳化鈦、硅鋁和硅鈦化合物等粒子或晶須耐高溫增強相，從而提高釬焊接頭的連接強度尤其是高溫強度。
[0007]較佳地，所述釬料可為粉末狀釬料或膏狀釬料。
[0008]較佳地，配制好的釬料粉末中不加入任何其他成分，可以直接使用。
[0009]較佳地，所述釬料為膏狀釬料，所述釬料還可以含有粘結劑，粘結劑的質量為所述釬料粉末的45?80wt%,粘結劑的質量優選為所述釬料粉末的50?60wt%。
[0010]較佳地，所述粘結劑可為濃度為I?8被％的聚乙烯縮丁醛環己酮溶液。所述粘結劑優選濃度為2?5被％的聚乙烯縮丁醛環己酮溶液。
[0011]較佳地，所述釬料粉末中，Al的重量百分含量可為I?10wt%，優選3-10￥丨％，尤其優選4?7wt%，Ti和/或TiH2的百分含量可為4?18wt%，優選7?15wt%。
[0012]本發明的有益效果:
本發明的目的是提供一種用于SiC基復合材料經濟、可靠連接的釬料，成本較低，耐腐蝕、抗氧化性能較好，流動性及對母材潤濕性好，對母材損傷較小，釬焊實施溫度較低，通過本發明焊接的SiC基復合材料，室溫至高溫800°C連接強度較高，接頭的密封性能較好等。
【附圖說明】
[0013]圖1為用本發明的示例釬料連接三維針刺C/SiC復合材料得到釬焊接頭的光學顯微鏡照片；
圖2為用本發明的示例釬料連接三維針刺C/SiC復合材料得到釬焊接頭焊縫區的XRD圖譜；
圖3為測試試樣剪切強度的裝置；
圖4為本發明的示例釬料連接三維針刺C/SiC復合材料得到釬焊接頭的剪切強度測試結果;
圖5為本發明的示例釬料連接三維編織C/SiC復合材料與金屬鈮得到釬焊接頭的剪切強度測試結果。
【具體實施方式】
[0014]以下結合附圖和下述實施方式進一步說明本發明，應理解，附圖及下述實施方式僅用于說明本發明，而非限制本發明。
[0015]本發明公開了一種用于SiC基復合材料連接的釬料，其特征在于:組成為4wt%?18界七％11(或11!12)，3￥七％?10￥七％41，其余為(:11。釬料狀態可以為成粉末狀或膏狀。其優點是成本較低，耐腐蝕、抗氧化性能較好，流動性及對母材潤濕性好，可在較低溫度下實施連接，室溫至高溫800°C連接強度較高，釬焊接頭密封性能好。
[0016]本發明提供一種用于SiC基復合材料連接的釬料，包含Cu，Ti和Al三種組分，且用于SiC基復合材料的連接。
[0017]本發明釬料為一種銅基釬料(Cu-T1-Al)，組成為4wt%? 18wt% Ti或TiH2,3wt%? 10wt% Al，其余為Cu ;優選以下參數，所述Cu，Ti和Al三種組分，具體含量為:5wt%? 15wt% Ti,2wt%? 7wt% Al,其余量為 Cu。
[0018]所述的三種組分的純度均高于99.0%。
[0019]所述的Ti組分，其來源為金屬Ti或TiH2。
[0020]所述的釬料狀態為粉末狀或膏狀釬料。將釬料按設計組成稱量并混合均勻以后，得到粉末狀釬料，或再將釬料粉末與粘結劑混合得到膏狀釬料。該釬料可在900°C?1060°C、真空(真空度好于1.0X 10 2Pa)或還原性或惰性氣氛條件下對SiC基復合材料進行連接。
[0021]所述的SiC基復合材料包括C/SiC復合材料，SiC/SiC復合材料，顆粒增強SiC基復合材料，晶須增強SiC基復合材料。
[0022]所述的SiC基復合材料的連接為其自身或與金屬材料的連接。
[0023]所述的膏狀釬料通過向釬料中添加45%?80%重量的粘結劑混合得到，該粘結劑為濃度lwt%? 8wt%& PVB環己酮溶液。
[0024]Cu基釬料具有流動性、導熱性好，耐腐蝕，對SiC基復合材料損傷小，價格相對便宜等優點，發展前景較好。若能通過調節Cu基釬料中的組分來降低釬焊實施溫度而提高接頭的高溫強度，將具有非常種重要的現實意義。將釬料對三維針刺C/SiC復合材料自身以及三維編織C/SiC復合材料與鈮合金(C-103)和金屬鈮的連接進行了研究。用本發明的示例釬料連接三維針刺C/SiC復合材料得到釬焊接頭的顯微結構如圖1所示，由圖可見，焊接區的顯微結構均勻致密，無明顯缺陷。焊縫區的成分如圖2的XRD圖譜所示，可以發現焊縫區除金屬外，還存在原位反應生成的TiC和SiC陶瓷相。
[0025]本釬料采用Cu基體，具有導熱性、耐腐蝕性好，對母材損傷較小等優點。該釬料不會像Ti基釬料那樣基體做為活性組分，在較高溫度下長時間服役時與母材發生過量的反應，生成脆性物質而對接頭產生持續損傷；本釬料中Al元素一方面可以降低釬焊實施溫度從而減小能耗和對母材的損傷，另一方面可以提高釬料的流動性及抗氧化性能，并促進SiC基復合材料與釬料之間的元素相互擴散；本釬料中Ti元素主要有兩方面作用。首先，通過與SiC基復合材料形成化學鍵合，提高釬料對母材的潤濕性從而增大連接強度。其次，Ti元素可以與釬料中Al元素以及從母材擴散到釬料中的S1、C等元素發生反應，原位形成碳化鈦、硅鋁和硅鈦化合物等粒子或晶須耐高溫增強相，從而提高釬焊接頭的連接強度尤其是高溫強度；釬料中添加的Ti元素可以通過界面反應和焊縫金屬內的原位反應而消耗，而且原位形成的增強相熔點高、化