[发明专利]一种用于SiC基复合材料连接的钎料

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于SiC基复合材料连接的钎料，具体涉及一种包含Cu、Ti和Al的用于SiC基复合材料焊接的钎料。

背景技术

SiC基复合材料，如C/SiC、SiC/SiC等，具有低密度、高强度、高模量、高热导、耐辐射、高温力学性能优异等特点，在航空航天、新能源及交通运输等高技术领域具有广阔的应用前景。但在其实际生产和使用过程中，制备复杂形状的构件、修复受损的材料、进行封装以及与异质材料相结合等问题，都会涉及到SiC基复合材料的连接。目前SiC基复合材料的连接方式主要有机械连接、粘接、先驱体转化、反应成型、固相扩散、钎焊、在线液相渗透等，其中钎焊连接具有工艺简单、接头适用温度较高、密封性能好等优点，是一种非常具有实用价值和发展前景的连接方法。

欲对SiC基复合材料实现经济、有效的钎焊连接，从而推广SiC基复合材料在各领域的广泛应用，需要开发一种钎焊性能优异的钎料。但是现有的用于SiC基复合材料连接的常用钎料，有的采用大量贵金属，如Cuisil-ABA(Ag-35.25Cu-1.75Ti,wt％)，导致钎料成本很高；有的采用高温金属基体，如钛基、镍基高温钎料，不仅钎焊所需温度高，对母材损伤大，而且接头脆性大。为了充分发挥SiC基复合材料优异的高温力学性能并且减小其在钎焊过程中的损伤，迫切需要一种成本及钎焊实施温度较低、而接头高温强度较好的钎料，以适用于大规模工程应用并降低生产成本。

发明内容

本发明旨在克服现有SiC基复合材料焊接用钎料的缺陷，本发明提供了一种包含Cu、Ti和Al的用于SiC基复合材料焊接的钎料。

本发明提供了一种用于SiC基复合材料焊接的钎料，所述钎料包含由Cu粉、Ti粉和/或TiH₂粉、以及Al粉组成的钎料粉末，所述钎料粉末中，Al的重量百分含量为1～10wt％(优选3-10wt％)，Ti和/或TiH₂的百分含量为4～18wt％，余量为Cu。

本钎料采用Cu基体，具有导热性、耐腐蚀性好，对母材损伤较小等优点。该钎料不会像Ti基钎料那样基体做为活性组分，在较高温度下长时间服役时与母材发生过量的反应，生成脆性物质而对接头产生持续损伤；本钎料中Al元素一方面可以降低钎焊实施温度从而减小能耗和对母材的损伤，另一方面可以提高钎料的流动性及抗氧化性能，并促进SiC基复合材料与钎料之间的元素相互扩散；本钎料中Ti元素主要有两方面作用。首先，通过与SiC基复合材料形成化学键合，提高钎料对母材的润湿性从而增大连接强度。其次，Ti元素可以与钎料中Al元素以及从母材扩散到钎料中的Si、C等元素发生反应，原位形成碳化钛、硅铝和硅钛化合物等粒子或晶须耐高温增强相，从而提高钎焊接头的连接强度尤其是高温强度。

较佳地，所述钎料可为粉末状钎料或膏状钎料。

较佳地，配制好的钎料粉末中不加入任何其他成分，可以直接使用。

较佳地，所述钎料为膏状钎料，所述钎料还可以含有粘结剂，粘结剂的质量为所述钎料粉末的45～80wt％，粘结剂的质量优选为所述钎料粉末的50～60wt％。

较佳地，所述粘结剂可为浓度为1～8wt％的聚乙烯缩丁醛环己酮溶液。所述粘结剂优选浓度为2～5wt％的聚乙烯缩丁醛环己酮溶液。

较佳地，所述钎料粉末中，Al的重量百分含量可为1～10wt％，优选3-10wt％，尤其优选4～7wt％，Ti和/或TiH₂的百分含量可为4～18wt％，优选7～15wt％。

本发明的有益效果：

本发明的目的是提供一种用于SiC基复合材料经济、可靠连接的钎料，成本较低，耐腐蚀、抗氧化性能较好，流动性及对母材润湿性好，对母材损伤较小，钎焊实施温度较低，通过本发明焊接的SiC基复合材料，室温至高温800℃连接强度较高，接头的密封性能较好等。

附图说明

图1为用本发明的示例钎料连接三维针刺C/SiC复合材料得到钎焊接头的光学显微镜照片；

图2为用本发明的示例钎料连接三维针刺C/SiC复合材料得到钎焊接头焊缝区的XRD图谱；

图3为测试试样剪切强度的装置；

图4为本发明的示例钎料连接三维针刺C/SiC复合材料得到钎焊接头的剪切强度测试结果；

图5为本发明的示例钎料连接三维编织C/SiC复合材料与金属铌得到钎焊接头的剪切强度测试结果。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。