[发明专利]一种钎焊C/C复合材料的活性钎料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种活性钎料及其制备方法和应用；属于C/C复合材料焊接技术领域。所述钎焊C/C复合材料的活性钎料由金属粉体和高分子聚合物组成；所述金属粉体由Ni、Cr、P、Ti按质量比，Ni：Cr：P：Ti＝60～84：20～10：15～5：5～1组成；所述金属粉末为Ni‑Cr‑P‑Ti合金粉末和/或预合金粉末。其制备方法为，通过配取设定组分的原料经熔炼和喷雾得到合金和/或与预合金粉末；然后和高分子聚合混合均匀得到钎料。其可以用于C质材料和C质材料的焊接。本发明组分设计合理，制备工艺简单可控，成本低廉，所得产品用焊接时性能优良；便于大规模的工业化生产和应用。

技术领域

本发明涉及一种活性钎料及其制备方法和应用；属于C/C复合材料焊接技术领域。

背景技术

C/C复合材料具有密度低、比强度大、比模量高、耐高温、耐热冲击、耐摩擦、耐腐蚀、热膨胀系数低等优良性能，因此被广泛应用于航空航天、机械工业等领域。但由于C/C复合材料成本高、加工周期长、变形能力差、各向异性、难以制备大型构件等原因，直接加工出大型复杂形状且尺寸精密的C/C复合材料构件对其预制体的编织、基体增密的设备和工艺的要求较高，且成本远高于简单形状的C/C复合材料。因此通过连接获得高强度的C/C复合材料连接接头是解决大型复杂精密部件制备问题的重要途径。

C/C复合材料在3500℃以上的温度直接升华，不能通过熔化焊进行直接连接；机械连接会破坏接头附近炭纤维束的连续性，使得承重处的应力集中加剧；固相扩散连接通常需要对母材施加较大的压力，复合材料的物理性能会受到削弱，且连接过程需要较高的温度，连接时间长，对连接零部件的尺寸、表面处理要求严格，难以进行大批量的生产应用。现阶段钎料的研究方向为：降低钎焊的连接温度，可以连接不同种类的材料，且在钎焊过程中，C/C复合材料或者合金母材不发生熔化，母材的组织结构与物理化学性能几乎不受到影响；工艺操作简单，可实现批量生产。钎料组元通常与母材元素发生一定程度的反应，在被焊面附近形成界面层，使得接头具有良好的机械啮合和冶金键合效果，因而钎焊焊件能够适应高应力的工作环境。钎焊的钎料组元多为高熔点金属或非金属元素，如Ti、 Ni、Si、Zr，钎焊得到的接头可以在高温条件下工作。

目前已报道的C/C复合材料钎焊实验研究较多且连接效果较好的钎料成分有AgCuTi、TiCuNi、TiNiSi等。AgCuTi钎料中Ag、Cu、Ti的质量比为68.8:26.7:4.5，钎料通常在800～850℃之间即可熔化，并与C/C复合材料的基体发生相互作用形成钎焊接头，通过在界面处生成TiC实现钎料层与C/C基体之间良好的冶金结合。但Ag、Ti属于贵重金属，大量作为钎料组元的成本较高。TiNiSi钎料中Ti、 Ni、Si的质量比为1:1:4，其中Si可以与C反应生成碳化物并与Ti形成金属间化合物，与C/C复合材料润湿并形成界面结合。但是由于Ti、Ni、Si的熔点高，为了实现钎料与母材的充分扩散和反应，对焊接工艺的要求也相对较高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有焊接C/C复合材料的钎料存在接头剪切强度低、钎料成本高的问题，而提供钎焊C/C复合材料的活性钎料及其制备方法和应用。

本发明一种钎焊C/C复合材料的活性钎料，所述钎焊C/C复合材料的活性钎料由金属粉体和高分子聚合物组成；所述金属粉体由Ni、Cr、P、Ti按质量比， Ni：Cr：P：Ti＝60～84：20～10：15～5：5～1、优选为Ni：Cr：P：Ti＝70～80：15～10： 12～9：3～1组成。

本发明一种钎焊C/C复合材料的活性钎料，所述钎焊C/C复合材料的活性钎料中，金属粉体与高分子聚合物的质量比为92～88:8～12。

本发明一种钎焊C/C复合材料的活性钎料，所述金属粉末为合金粉末和/或预合金粉末。优选为Ni-Cr-P-Ti合金粉末和/或预合金粉末。

本发明一种钎焊C/C复合材料的活性钎料，所述金属粉末的粒度为10～120μm、优选为20～80μm、进一步优选为30～60μm。