陶瓷材料鈦硅碳的熱壓反應燒結連接方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于陶瓷材料的焊接技術領域，具體涉及一種陶瓷材料鈦硅碳(Ti3SiC2)自身之間的熱壓反應燒結連接方法。
【背景技術】
[0002]鈦硅碳是一種新型的可加工三元陶瓷材料，同時具有金屬和陶瓷的特性，既像金屬一樣具有較好的延展性、導電導熱性能、機械加工性能，又具有類似陶瓷的高熔點、高溫強度、高溫抗氧化性能、抗熱震和蠕變性能，還具有低的密度。這種材料可應用于飛機燃氣渦輪發動機噴嘴閥、超音速飛機與火箭發動機噴管和墊圈材料、航天器的防熱材料、核反應堆金屬溶液容器的防腐材料和燃氣輪機的燃燒室材料等。
[0003]盡管鈦硅碳與普通陶瓷相比有較好的加工性能，但鈦硅碳材料剪切強度較低，螺紋連接和鉚接等連接方法在實際使用中受到限制。在制作更大或者較為復雜的零件時，鈦硅碳自身的連接方法是此類產品開發的一大技術難點。焊接為機械零部件的主要連接方式之一，鈦硅碳與自身的焊接工藝可為其產品結構設計提供較大的靈活性并能提高強度、節省材料以及簡化加工與裝配工序和提聞生廣效率，解決欽娃碳材料廣品開發的瓶頸問題。因此鈦硅碳材料的焊接工藝將對其工程應用產生重大的影響。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種鈦硅碳材料的自身連接手段，提供一種鈦硅碳的焊接方法，解決目前鈦硅碳材料產品開發中的連接問題。
[0005]本發明的目的通過以下技術方案實現的:
一種陶瓷材料鈦硅碳的熱壓反應燒結連接方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
1)將酸洗過的鎳箔放置在欲焊接的兩塊鈦硅碳(Ti3SiC2)材料之間；
2)將步驟I)所述的材料置于石墨模具中并置于可抽真空的燒結爐內加壓，或者直接將步驟I)所述的材料置于燒結爐內加壓；
3)抽真空使爐膛真空度低于10Pa，并在模具兩端通高頻脈沖直流電加熱，加熱速度50 0C "250 0C /min ；
4)在900°C?1200°C之間保溫3?15分鐘，自然冷卻。
[0006]所述步驟I)中鎳箔純度為99.9%，厚度為0.1mnT0.3mm。
[0007]所述步驟I)中鈦娃碳焊接面粗糙度Ra值為1.6 Mm至6.4Mm。
[0008]所屬步驟2)石墨模具中的石墨為高強度石墨，壓縮強度大于70MPa。
[0009]所屬步驟2)中加壓壓力范圍為5MPa?25MPa。
[0010]所屬步驟3)中高頻脈沖直流電脈沖比12:2至12:10。
[0011]本發明的設計原理如下:
在真空環境中，鈦硅碳之間放置鎳箔，并在受壓狀態下通入高頻脈沖電流快速加熱。高頻脈沖電流會使鈦硅碳與鎳箔微觀接觸點產生等離子態，使鈦硅碳與鎳在高溫下快速發生固相反應形成鈦硅碳之間的連接層，從而實現鈦硅碳自身之間的焊接。
【附圖說明】
[0012]圖1為實施例1焊接部位光學金相照片。
【具體實施方式】
[0013]實施例1
陶瓷材料鈦硅碳(Ti3SiC2)自身之間的熱壓反應連接方法包括以下步驟:I)將經過酸洗的尺寸為20 mmx 1mm x 0.15mm的鎳箔置于尺寸為20 mm x 1mm x 5mm的鈦硅碳之間；
2)將步驟I所述置于石墨模具中；
3)將步驟2所述模具及樣品置于等離子活化燒結爐內并加壓1MPa；
4)抽爐膛真空至壓力小于1Pa；
5)設置高頻脈沖電流的脈沖比為12:4，控制電流以180°C /min的升溫速度加熱至950°C并保溫5分鐘后保壓隨爐冷卻。
[0014]所屬步驟I)中，鈦娃碳焊接面經過砂紙打磨，表面粗糙度Ra為3.2Mm。
[0015]所述步驟2)中，石墨模具壓縮強度大于70MPa。
[0016]本實施例焊接處光學金相如圖1所示。
[0017]實施例2
陶瓷材料鈦硅碳(Ti3SiC2)自身之間的熱壓反應連接方法包括以下步驟:I)將經過酸洗的尺寸為直徑25mm厚度為0.2mm的鎳箔原片置于尺寸為直徑25mm高度為20mm的鈦娃碳圓柱之間；
2)置于等離子活化燒結爐內并加壓ISMPa；
3)抽爐膛真空至壓力小于1Pa；
4)設置脈沖電流脈沖比12:2，控制脈沖電流大小以200°C /min的升溫速度加熱至1020°C并保溫8分鐘后保壓隨爐冷卻。
[0018]所屬步驟I)中，鈦娃碳焊接面經過砂紙打磨，表面粗糙度Ra為3.2Mm。
[0019]實施例3
陶瓷材料鈦硅碳(Ti3SiC2)自身之間的熱壓反應連接方法包括以下步驟:I)將經過酸洗的尺寸為直徑15mm厚度為0.2mm的鎳箔原片置尺寸為直徑15mm高度為30mm的鈦娃碳圓柱之間；
2)將步驟I所述放入石墨模具中；
3)置于等離子活化燒結爐內并加壓12MPa；
4)抽爐膛真空至壓力小于1Pa；
5)設置脈沖電流脈沖比12:8，控制脈沖電流大小以120°C /min的升溫速度加熱至960°C并保溫10分鐘后保壓隨爐冷卻。
[0020]所屬步驟I)中，鈦娃碳焊接面經過砂紙打磨，表面粗糙度Ra為6.4Mm。
[0021]所述步驟2)中，石墨模具壓縮強度大于70MPa。
【主權項】
1.一種陶瓷材料鈦硅碳的熱壓反應燒結連接方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 1)將酸洗過的鎳箔放置在欲焊接的兩塊鈦硅碳(Ti3SiC2)材料之間； 2)將步驟I)所述的材料置于石墨模具中并置于可抽真空的燒結爐內加壓，或者直接將步驟I)所述的材料置于燒結爐內加壓； 3)抽真空使爐膛真空度低于lOPa，并在模具兩端通高頻脈沖直流電加熱，加熱速度50 0C "250 0C /min ； 4)在900°C?1200°C之間保溫3?15分鐘，自然冷卻。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于步驟I)中鎳箔純度為99.9%，厚度為0.1mm?0.3mm η
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于步驟I)中鈦硅碳焊接面粗糙度Ra值為1.6Mm 至 6.4Mm。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于步驟2)石墨模具中的石墨為高強度石墨，壓縮強度大于70MPa。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于步驟2)中加壓壓力范圍為5MPa?25MPa。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于步驟3)中高頻脈沖直流電脈沖比12:2至12:10。
【專利摘要】本發明公開了一種陶瓷材料鈦硅碳的熱壓反應燒結連接方法。在真空環境中，鈦硅碳之間放置鎳箔，并在受壓狀態下通入高頻脈沖電流快速加熱。高頻脈沖電流會使鈦硅碳與鎳箔微觀接觸點產生等離子態，使鈦硅碳與鎳在高溫下快速發生固相反應形成鈦硅碳之間的連接層，從而實現鈦硅碳自身之間的焊接。
【IPC分類】C04B37-02
【公開號】CN104725066
【申請號】CN201310720616
【發明人】韓杰勝, 呂晉軍, 任書芳, 孟軍虎
【申請人】中國科學院蘭州化學物理研究所
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2013年12月24日