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認(rèn)識一下C/C復(fù)合材料其他焊接方式

     擴(kuò)散焊也是C/C復(fù)合材料焊接常用的方式。相對于釬焊工藝，擴(kuò)散焊接時，中間層材料與母材元素之間的互擴(kuò)散更加劇烈。C/C復(fù)合材料間的擴(kuò)散連接時可在母材表面涂覆、沉積Mn粉等金屬粉末，一定溫度下形成碳化物連接層，繼續(xù)升溫碳化物分解，分解出的金屬元素蒸發(fā)從而生成連續(xù)的石墨連接層。硼和硼化物常被用于C/C復(fù)合材料的擴(kuò)散焊，焊接時硼與碳能夠完全反應(yīng)形成B4C，獲得的接頭在高溫環(huán)境下的剪切強(qiáng)度與C/C復(fù)合材料固有層間強(qiáng)度相當(dāng)。

     王杰等人使用Ti-Ni-Si合金作為中間層真空擴(kuò)散焊接C/C復(fù)合材料。試驗證明最佳的焊接參數(shù)為加熱溫度1 150 ℃，加壓30 MPa，保溫45 min，在該參數(shù)下獲得的焊接接頭平均剪切強(qiáng)度達(dá)到23.58 MPa。結(jié)果表明在連接區(qū)域發(fā)生了元素的互擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)，該區(qū)域化合物包括Ni4Si7Ti4，TiSi2， SiC和TiC等。在接頭處有三種裂紋形式，這些裂紋容易在層間、界面和C/C復(fù)合材料基體上產(chǎn)生。對接頭進(jìn)行熱疲勞試驗發(fā)現(xiàn)接頭的剪切強(qiáng)度在經(jīng)過5次熱循環(huán)之后急劇下降。分析由于Ti合金與C/C復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)差距較大，因此在熱循環(huán)下釬料母材膨脹程度不同產(chǎn)生位錯，從而易于形成裂紋。

     自蔓延連接(Combustion Joining，簡稱CJ)也被用做C/C復(fù)合材料的連接方法。它將中間層粉末或多層夾層自蔓延高溫合成反應(yīng)產(chǎn)生的熱量做為熱源，是C/C復(fù)合材料的連接中一種節(jié)能的方法。此連接方法類似于壓力焊，例如將基體與連接材料放置在兩個銅電極之間通過加壓加熱使材料連接。該方法目前使用的夾層有Ti-C，Si-C，Ni+Ti/Ni+Al等 。

    Lin Ya-Cheng 等人通過自蔓延連接對C/C復(fù)合材料進(jìn)行連接。中間層材料采用鈦合金和Ni/Al粉末的混合物，連接方式如圖1所示。在連接前將工件預(yù)熱到630 K，連接初始壓力為4 MPa，最終壓力為20～40 MPa，應(yīng)用的電流為200～400 A，持續(xù)時間5 s。經(jīng)過熱成像分析，在0.8～0.9 s的時候工件的溫度達(dá)到最高，達(dá)1 500 K。焊后工件連接處產(chǎn)生了75～100 μm、無氣孔但有大裂紋的連接層，該連接層由NiAl和TiC組成。更多碳碳復(fù)合材料信息可查看http://www.2333666.cn

     擴(kuò)散連接是C/C復(fù)合材料間主要的焊接方式之一。C/C復(fù)合材料間的擴(kuò)散連接與釬焊的不同點在于C/C復(fù)合材料間的擴(kuò)散連接更注重于通過高溫高壓下的反應(yīng)形成穩(wěn)定的中間連接層，而釬焊工藝則注重通過改變釬料活性元素的含量、母材表面改性等措施提高釬料對母材的潤濕性。

    C/C復(fù)合材料的擴(kuò)散連接獲得的連接接頭高溫性能穩(wěn)定，但其通常采用高溫高壓環(huán)境下析出中間層雜質(zhì)相的方式易在連接層界面產(chǎn)生缺陷。

    自蔓延連接這種新型的連接方式獲得的焊接接頭能滿足一定的強(qiáng)度要求，但這種方式易面臨焊后中間層裂紋的問題，該問題需在今后的研究中加以克服。