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 簡(jiǎn)述了解C/C復(fù)合材料和C/C復(fù)合材料的焊接

    釬焊是目前C/C復(fù)合材料間最主要的焊接方式。易振華等人通過(guò)試驗(yàn)證明含Ti質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%～16%的Ti-Cu合金釬料對(duì)C/C復(fù)合材料的潤(rùn)濕性最好；焊后Ti向C/C復(fù)合材料側(cè)聚集并形成TiC，降低了界面張力，提高了釬料的潤(rùn)濕性。

    陳波等人研究了Pd-Ni基釬料對(duì)C/C復(fù)合材料的潤(rùn)濕性以及釬焊時(shí)的層間反應(yīng)。采用四種Pd-Ni基釬料，分別為Pd-40Ni，PdNi-(4～11)Cr，PdNi-(12～25)Cr和 Ni-33Cr-24Pd-4Si，釬料均呈粉末狀。對(duì)Ni-33Cr-24Pd-4Si釬料和C/C復(fù)合材料反應(yīng)接頭進(jìn)行金相觀察和能譜分析發(fā)現(xiàn)Cr和C/C復(fù)合材料反應(yīng)形成Cr-C反應(yīng)層，同時(shí)形成的還有Pd2Si,Pd3Si化合物，其余釬焊區(qū)域中富含Ni，缺少Pd。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Pd-40Ni，PdNi-(4～11)Cr,PdNi-(12～25)Cr,Ni-33Cr-24Pd-4Si對(duì)C/C復(fù)合材料的潤(rùn)濕角分別為69°,75°,3°,2°，研究認(rèn)為Cr含量的提高有助于Pd-Ni基釬料對(duì)C/C復(fù)合材料的潤(rùn)濕。

    C/C復(fù)合材料釬焊構(gòu)件通常在高溫環(huán)境中使用，因此需要釬縫成分具有較高的熔點(diǎn)。M.Salvo等人使用Si箔作為釬料釬焊C/C復(fù)合材料，釬焊溫度為1 400 ℃，保溫時(shí)間90 min。釬焊過(guò)程中Si與C反應(yīng)形成SiC，在靠近釬料處形成Si/SiC層，在靠近母材處形成C/SiC層，獲得的接頭剪切強(qiáng)度為22 MPa。

    Ti,Si及其合金均能用于C/C復(fù)合材料的釬焊，但接頭抗氧化性較差且由于釬料基體熱膨脹系數(shù)的差異易在接頭處形成裂紋。玻璃釬料熱膨脹系數(shù)低，部分玻璃釬料熱膨脹系數(shù)非常接近C/C復(fù)合材料，但是玻璃釬料與C/C復(fù)合材料釬焊時(shí)易產(chǎn)生CO,CO2氣體，在焊縫處形成氣孔。

    C.lsola等人使用SABB玻璃材料作為釬料釬焊C/C復(fù)合材料。SABB玻璃材料的成分為70.4SiO2-2.1Al2O3-17.5B2O3-10.0Ba0(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)。因?yàn)镃/C復(fù)合材料對(duì)大部分玻璃材料均不潤(rùn)濕，因此C/C復(fù)合材料表面需要經(jīng)過(guò)SiC改性，SABB玻璃對(duì)SiC的潤(rùn)濕角為20°左右。將混合酒精與Si粉制成的Si漿涂抹在C/C復(fù)合材料表面，在惰性氣體保護(hù)的環(huán)境下加熱到Si熔點(diǎn)以上溫度，此時(shí)會(huì)在C/C復(fù)合材料表面形成β-SiC層，在該研究中表面改性加熱溫度為1 550 ℃，保溫1 h，升溫速度為30 ℃/min，表面β-SiC層厚度小于150 μm。采用兩種釬焊溫度曲線，分別為1 200 ℃保溫60 min升至1 300 ℃保溫5 min以及直接1 300 ℃保溫1 h，獲得的接頭室溫剪切強(qiáng)度均達(dá)到30 MPa。

  根據(jù)目前的研究現(xiàn)狀，C/C復(fù)合材料之間的釬焊可以采用以下主要方式。

(1)通過(guò)改變釬料中活性元素(Ti，Cr等)的含量提高釬料對(duì)C/C復(fù)合材料母材的潤(rùn)濕性。釬焊時(shí)，這些活性元素向釬料與母材連接界面聚集，產(chǎn)生化合物形成接頭。采取這種釬焊方式會(huì)面臨釬料與母材熱膨脹系數(shù)差異較大引發(fā)裂紋的問(wèn)題。

(2)使用Si或Mg2Si化合物釬料進(jìn)行釬焊。該方式主要通過(guò)反應(yīng)而非潤(rùn)濕形成接頭，其優(yōu)點(diǎn)在于釬縫成分性能與母材接近，缺點(diǎn)在于反應(yīng)過(guò)程中易在釬縫附近形成氣孔，影響釬縫強(qiáng)度。

(3)通過(guò)在C/C復(fù)合材料待焊面進(jìn)行表面處理，如涂覆、燒結(jié)、沉積、打孔等，在表面形成一層焊接性更好的過(guò)渡層或者增加釬焊面積，可提高釬料對(duì)母材的潤(rùn)濕作用，同時(shí)能緩解因釬料母材熱膨脹系數(shù)的差異產(chǎn)生裂紋。更多碳碳復(fù)合材料信息可查看http://www.bisic.cn