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認(rèn)識(shí)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(duì)于釬焊工藝，擴(kuò)散焊接時(shí)，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(shí)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(shí)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(yàn)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(duì)接頭進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)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(cuò)，從而易于形成裂紋。
自蔓延連接(Combustion Joining，簡(jiǎn)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(gè)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(duì)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?jí)毫? MPa，最終壓力為20～40 MPa，應(yīng)用的電流為200～400 A，持續(xù)時(shí)間5 s。經(jīng)過熱成像分析，在0.8～0.9 s的時(shí)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://21xtrc.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(diǎn)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(duì)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。
