专利名称：一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法
技术领域：
本发明涉及纤维编织复合材料与金属材料的钎焊方法。
背景技术：
陶瓷基纤维编织复合材料因其优异的性能，在航天、航空、汽车等领域中的应用十分广泛。随着应用的不断拓展，陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料之间的连接逐渐成为制约材料使用的关键问题。在目前的工程应用中，胶接、机械连接、焊接为材料连接的主要方式。胶接存在粘接剂老化失效和耐高温性能差的问题，机械连接会给结构增加额外的重量，同时很多复合材料难以进行机械加工。钎焊连接具有接头强度高、密封性好、工艺简单等优点，因此在材料的连接领域具有广泛的应用。但是由于陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料之间的物理化学性质的巨大差异，钎焊的过程中接头极易产生较大的热应力，且陶瓷基纤维编织复合材料侧钎料不易润湿难以形成冶金结合，使得采用普通钎焊连接复合材料与金属材料的强度偏低。
发明内容
本发明要解决现有的陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料钎焊过程中，钎料对复合材料表面润湿性差，陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料连接的接头强度低的问题，而提供一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法。本发明一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法按以下步骤进行一、将陶瓷基纤维编织复合材料浸入浓度为O. 05mol/L O. 15mol/L的铁基或镍基催化剂溶液中，3 IOmin后将陶瓷基纤维编织复合材料提出并在大气环境中晾置4 6h，得到表面附着一层催化剂颗粒的陶瓷基纤维编织复合材料；二、a、将步骤一得到的表面附着一层催化剂颗粒的陶瓷基纤维编织复合材料置于等离子体增强化学气相沉积设备的反应室中，抽真空至反应室真空度低于IOPa后，通入H2 至反应室压强为50 500Pa ;b、将反应室温度升至750°C 900°C后通入CH4,调节H2和CH4 的流量，使反应室压强为700Pa ;c、打开沉积系统射频电源，反应5 20min后关闭加热和射频电源，停止通入CH4，继续通入H2，使反应室内压强为50 500Pa，冷却至室温得到表面生长有碳纳米管的陶瓷基纤维编织复合材料；三、在步骤二得到的表面生长有碳纳米管的陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的预连接面之间放入钎料箔片并将其置于真空钎焊炉中，在800 950°C下保温5 20min,然后以3 10°C /min的速度冷却至室温，得到陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的连接体。碳纳米管是由石墨烯层卷制而成的管状纳米材料，具有高强度、高弹性模量、低的密度和热膨胀系数等优异特性，其强度可达钢材料的6倍，但密度只有钢材料的1/6。由于碳纳米管优良的力学、热学性能，碳纳米管被认为是复合材料领域理想的增强体之一，常用其来增强复合材料强度和弹性模量。目前，碳纳米管增强铝基、钛基和铜基等复合材料方面已经取得了一定进展。因此，可以在钎焊中应用碳纳米管改善陶瓷基纤维编织复合材料表面焊接状态，缓解钎焊接头热应力，从而提高钎焊接头强度。本发明一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法的原理为在表面粗糙的陶瓷基纤维编织复合材料表面生长碳纳米管，碳纳米管在纤维表面、基体表面、纤维之间和纤维与基体之间的空隙中生长，使得疏松的材料表面变得致密。生长后复合材料表面状态得到改善，常用活性钎料如AgCuTi可以在生长碳纳米管后的复合材料表面润湿铺展。在用AgCuTi钎料进行钎焊连接，液态钎料可以更好地在复合材料表面铺展，并且能够渗入材料表面的空隙当中，产生钉扎效应，同时钎焊过程中液态钎料与碳纳米管层可形成复合层，由于碳纳米管的高强度、高弹性模量以及低密度和低热膨胀系数等特性，可以在金属材料与复合材料之间形成过渡层，使得金属与复合材料之间由于热膨胀系数差异大而产生的热应力得到有效地缓解，从而提高接头整体的强度。本发明的有益效果是本发明一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法，在陶瓷基纤维编织复合材料表面均匀生长一层碳纳米管对其表面进行改性，碳纳米管层可显著改善液态钎料对陶瓷基纤维编织复合材料的润湿性，促进液态钎料在复合材料表面的铺展，以及对表面孔隙的渗入。同时钎焊过程中液态钎料与碳纳米管层可形成复合层结构，在复合材料与金属材料之间起到梯度过渡作用，缓解接头热应力，从而提高接头强度，本发明方法所得到的陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的连接体的接头抗剪强度达到15 31MPa，比直接连接方法提高了 5倍左右，有效提高了陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的连接体的接头性能。本发明用于陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的连接。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式
，还包括各具体实施方式
之间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法按以下步骤进行一、将陶瓷基纤维编织复合材料浸入浓度为O. 05mol/L O. 15mol/L的铁基或镍基催化剂溶液中，3 IOmin后将陶瓷基纤维编织复合材料提出并在大气环境中晾置4 6h，得到表面附着一层催化剂颗粒的陶瓷基纤维编织复合材料；二、a、将步骤一得到的表面附着一层催化剂颗粒的陶瓷基纤维编织复合材料置于等离子体增强化学气相沉积设备的反应室中，抽真空至反应室真空度低于IOPa后，通入H2 至反应室压强为50 500Pa ;b、将反应室温度升至750°C 900°C后通入CH4,调节H2和CH4 的流量，使反应室压强为700Pa ;c、打开沉积系统射频电源，反应5 20min后关闭加热和射频电源，停止通入CH4，继续通入H2，使反应室内压强为50 500Pa，冷却至室温得到表面生长有碳纳米管的陶瓷基纤维编织复合材料；三、在步骤二得到的表面生长有碳纳米管的陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的预连接面之间放入钎料箔片并将其置于真空钎焊炉中，在800 950°C下保温5 20min,然后以3 10°C /min的速度冷却至室温，得到陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的连接体。本实施方式的有益效果是在陶瓷基纤维编织复合材料表面均匀生长一层碳纳米管对其表面进行改性，碳纳米管层可显著改善液态钎料对陶瓷基纤维编织复合材料的润湿性，促进液态钎料在复合材料表面的铺展，以及对表面孔隙的渗入。同时钎焊过程中液态钎料与碳纳米管层可形成复合层结构，在复合材料与金属材料之间起到梯度过渡作用，缓解接头热应力，从而提高接头强度，本发明方法所得到的陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的连接体的接头抗剪强度达到15 31MPa，比直接连接方法提高了 5倍左右，有效提高了陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的连接体的接头性能。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是所述陶瓷基纤维编织复合材料是石英纤维编织增强复合材料、碳纤维编织增强复合材料或碳纤维增强碳化硅复合材料。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是所述金属材料是钛合金、因瓦合金或高温合金。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是所述铁基催化剂溶液是Fe (NO3)3 · 6H20的异丙醇溶液、FeCl3 · 6H20的异丙醇溶液；所述镍基催化剂溶液Ni (NO3)2 · 9H20的异丙醇溶液。其它与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是步骤二的a 中，H2的流量为2 40SCCm。其它与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是步骤二的b 中，H2和CH4的总流量为50sccm，其中H2的流量为O 40sccm，CH4的流量为10 50sccm。 其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是步骤二的b 中，射频频率为13. 56MHz，射频功率为175W。其它与具体实施方式
一至六之一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至七之一不同的是步骤二的c 中，H2的流量为2 40SCCm。其它与具体实施方式
一至七之一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至八之一不同的是步骤三中的钎料箔片是厚度为50 200um的AgCuTi钎料箔片或TiZrNiCu钎料箔片。其它与具体实施方式
一至八之一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至九之一不同的是步骤三中所述钎料箔片与表面生长有碳纳米管的陶瓷基纤维编织复合材料的预连接面的形状及面积相同。其它与具体实施方式
一至九之一相同。采用以下实施例验证本发明的有益效果实施例一本实施例一种石英纤维编织增强复合材料与钛合金的碳纳米管辅助钎焊方法按以下步骤进行一、将石英纤维编织增强复合材料浸入浓度为O. lmol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的异丙醇溶液中，5min后将石英纤维编织增强复合材料提出并在大气环境中晾置4h，得到表面附着一层催化剂颗粒的石英纤维编织增强复合材料；
二、a、将步骤一得到的表面附着一层Fe(NO3)3的石英纤维编织增强复合材料置于等离子体增强化学气相沉积设备的反应室中，抽真空至反应室真空度为9Pa后，通入还原气体H2至反应室压强为200Pa，H2的流量为20sccm ;b、然后以25 V /min速度将反应室温度升至800°C后通入CH4,调节H2的流量为lOsccm，CH4的流量为40sCCm，使反应室压强达到 700Pa ;c、打开沉积系统射频电源，射频频率为13. 56MHz，射频功率为175W，IOmin后关闭加热和射频电源，停止通入CH4，继续通入H2作为保护气，H2流量为20SCCm，反应室内压强为 200Pa,冷却至室温得到表面生长有碳纳米管的石英纤维编织增强复合材料；三、在步骤二得到的表面生长有碳纳米管的石英纤维编织增强复合材料与钛合金的预连接面之间放入厚度为100 μ m的AgCuTi箔片并将其置于真空钎焊炉中，在850°C下保温lOmin，然后以5°C /min的速度冷却至室温，得到石英纤维编织增强复合材料与钛合金的连接体。本实施例的步骤二中，在陶瓷基纤维编织复合材料的表面生长了均匀、纯度高具有一定取向性的碳纳米管阵列；步骤三中AgCuTi箔片与石英纤维编织增强复合材料的预连接面的形状及面积相同，AgCuTi按重量百分比由68. 7%的Ag、26. 7%的Cu和4. 6% Ti 组成。本实施例得到的石英纤维编织增强复合材料与钛合金的连接体的接头抗剪强度为 30MPa。实施例二 本实施例一种石英纤维编织增强复合材料与钛合金的碳纳米管辅助钎焊方法按以下步骤进行一、将石英纤维编织增强复合材料浸入浓度为O. 15mol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的异丙醇溶液中，5min后将石英纤维编织增强复合材料提出并在大气环境中晾置4h，得到表面附着一层催化剂颗粒的石英纤维编织增强复合材料；二、a、将步骤一得到的表面附着一层Fe(NO3)3的石英纤维编织增强复合材料置于等离子体增强化学气相沉积设备的反应室中，抽真空至反应室真空度为9Pa后，通入还原气体H2至反应室压强为200Pa，H2的流量为20sccm ;b、然后以25 V /min速度将反应室温度升至850°C后通入CH4,调节H2的流量为lOsccm，CH4的流量为40sCCm，使反应室压强达到 700Pa ;c、打开沉积系统射频电源，射频频率为13. 56MHz，射频功率为175W，IOmin后关闭加热和射频电源，停止通入CH4，继续通入H2作为保护气，H2流量为20SCCm，反应室内压强为 200Pa,冷却至室温得到表面生长有碳纳米管的石英纤维编织增强复合材料；三、在步骤二得到的表面生长有碳纳米管的石英纤维编织增强复合材料与钛合金的预连接面之间放入厚度为100 μ m的AgCuTi箔片并将其置于真空钎焊炉中，在850°C下保温lOmin，然后以5°C /min的速度冷却至室温，得到石英纤维编织增强复合材料与钛合金的连接体。本实施例的步骤二中，在陶瓷基纤维编织复合材料的表面生长了均匀、纯度高具有一定取向性的碳纳米管阵列；步骤三中AgCuTi箔片与石英纤维编织增强复合材料的预连接面的形状及面积相同，AgCuTi按重量百分比由68. 7%的Ag、26. 7%的Cu和4. 6% Ti 组成。本实施例得到的石英纤维编织增强复合材料与钛合金的连接体的接头抗剪强度为 20MPa。实施例三本实施例一种石英纤维编织增强复合材料与因瓦合金的碳纳米管辅助钎焊方法按以下步骤进行—、将石英纤维编织增强复合材料浸入浓度为O. lmol/L的Ni (NO3) 2 · 9H20的异丙醇溶液中，5min后将石英纤维编织增强复合材料提出并在大气环境中晾置4h，得到表面附着一层催化剂颗粒的石英纤维编织增强复合材料；二、a、将步骤一得到的表面附着一层Ni (NO3)2的石英纤维编织增强复合材料置于等离子体增强化学气相沉积设备的反应室中，抽真空至反应室真空度为SPa后，通入还原气体H2至反应室压强为200Pa，H2的流量为20sccm ;b、然后以25 V /min速度将反应室温度升至850°C后通入CH4,调节H2的流量为lOsccm，CH4的流量为40sCCm，使反应室压强达到 700Pa ;c、打开沉积系统射频电源，射频频率为13. 56MHz，射频功率为175W，IOmin后关闭加热和射频电源，停止通入CH4，继续通入H2作为保护气，H2流量为20SCCm，反应室内压强为 200Pa,冷却至室温得到表面生长有碳纳米管的石英纤维编织增强复合材料；三、在步骤二得到的表面生长有碳纳米管的石英纤维编织增强复合材料与因瓦合金的预连接面之间放入厚度为100 μ m的AgCuTi箔片并将其置于真空钎焊炉中，在850°C下保温lOmin，然后以5°C /min的速度冷却至室温，得到石英纤维编织增强复合材料与因瓦合金的连接体。本实施例的步骤二中，在陶瓷基纤维编织复合材料的表面生长了均匀、纯度高具有一定取向性的碳纳米管阵列；步骤三中AgCuTi箔片与石英纤维编织增强复合材料的预连接面的形状及面积相同，AgCuTi按重量百分比由68. 7%的Ag、26. 7%的Cu和4. 6% Ti 组成。本实施例得到的石英纤维编织增强复合材料与因瓦合金的连接体的接头抗剪强度为22MPa。实施例四本实施例一种石英纤维编织增强复合材料与高温合金的碳纳米管辅助钎焊方法按以下步骤进行一、将石英纤维编织增强复合材料浸入浓度为O. lmol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的异丙醇溶液中，5min后将石英纤维编织增强复合材料提出并在大气环境中晾置4h，得到表面附着一层催化剂颗粒的石英纤维编织增强复合材料；二、a、将步骤一得到的表面附着一层Fe(NO3)3的石英纤维编织增强复合材料置于等离子体增强化学气相沉积设备的反应室中，抽真空至反应室真空度为9Pa后，通入还原气体H2至反应室压强为200Pa，H2的流量为20sccm ;b、然后以25 V /min速度将反应室温度升至850°C后通入CH4,调节H2的流量为20SCCm，CH4的流量为30sCCm，使反应室压强达到 700Pa ;c、打开沉积系统射频电源，射频频率为13. 56MHz，射频功率为175W，IOmin后关闭加热和射频电源，停止通入CH4，继续通入H2作为保护气，H2流量为20SCCm，反应室内压强为 200Pa,冷却至室温得到表面生长有碳纳米管的石英纤维编织增强复合材料；三、在步骤二得到的表面生长有碳纳米管的石英纤维编织增强复合材料与高温合金的预连接面之间放入厚度为100 μ m的AgCuTi箔片并将其置于真空钎焊炉中，在850°C下保温lOmin，然后以5°C /min的速度冷却至室温，得到石英纤维编织增强复合材料与高温合金的连接体。本实施例的步骤二中，在陶瓷基纤维编织复合材料的表面生长了均匀、纯度高具有一定取向性的碳纳米管阵列；步骤三中AgCuTi箔片与石英纤维编织增强复合材料的预连接面的形状及面积相同，AgCuTi按重量百分比由68. 7%的Ag、26. 7%的Cu和4. 6% Ti 组成；本实施例中的高温合金为GH4169高温合金。本实施例得到的石英纤维编织增强复合材料与高温合金的连接体的接头抗剪强度为27MPa。实施例五本实施例一种碳纤维编织增强复合材料与钛合金的碳纳米管辅助钎焊方法按以下步骤进行一、将碳纤维编织增强复合材料浸入浓度为O. lmol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的异丙醇溶液中，5min后将碳纤维编织增强复合材料提出并在大气环境中晾置4h，得到表面附着一层催化剂颗粒的碳纤维编织增强复合材料；二、a、将步骤一得到的表面附着一层Fe(NO3)3的碳纤维编织增强复合材料置于等离子体增强化学气相沉积设备的反应室中，抽真空至反应室真空度为9Pa后，通入还原气体4至反应室压强为200Pa，H2的流量为20sccm ;b、然后以25°C /min速度将反应室温度升至800°C后通入CH4，调节H2的流量为lOsccm，CH4的流量为40sCCm，使反应室压强达到 700Pa ;c、打开沉积系统射频电源，射频频率为13. 56MHz，射频功率为175W，IOmin后关闭加热和射频电源，停止通入CH4，继续通入H2作为保护气，H2流量为20SCCm，反应室内压强为 200Pa,冷却至室温得到表面生长有碳纳米管的碳纤维编织增强复合材料；三、在步骤二得到的表面生长有碳纳米管的碳纤维编织增强复合材料与钛合金的预连接面之间放入厚度为100 μ m的AgCuTi箔片并将其置于真空钎焊炉中，在850°C下保温 lOmin，然后以5°C /min的速度冷却至室温，得到碳纤维编织增强复合材料与钛合金的连接体。 本实施例的步骤二中，在陶瓷基纤维编织复合材料的表面生长了均匀、纯度高具有一定取向性的碳纳米管阵列；步骤三中AgCuTi箔片与碳纤维编织增强复合材料的预连接面的形状及面积相同，AgCuTi按重量百分比由68. 7%的Ag、26. 7%的Cu和4. 6% Ti组成。本实施例得到的碳纤维编织增强复合材料与钛合金的连接体的接头抗剪强度为 16MPa。实施例六本实施例一种碳纤维编织增强复合材料与因瓦合金的碳纳米管辅助钎焊方法按以下步骤进行一、将碳纤维编织增强复合材料浸入浓度为O. lmol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的异丙醇溶液中，5min后将碳纤维编织增强复合材料提出并在大气环境中晾置4h，得到表面附着一层催化剂颗粒的碳纤维编织增强复合材料；二、a、将步骤一得到的表面附着一层Fe(NO3)3的碳纤维编织增强复合材料置于等离子体增强化学气相沉积设备的反应室中，抽真空至反应室真空度为9Pa后，通入还原气体4至反应室压强为200Pa，H2的流量为20sccm ;b、然后以25°C /min速度将反应室温度升至850°C后通入CH4，调节H2的流量为lOsccm，CH4的流量为40sCCm，使反应室压强达到 700Pa ;c、打开沉积系统射频电源，射频频率为13. 56MHz，射频功率为175W，IOmin后关闭加热和射频电源，停止通入CH4，继续通入H2作为保护气，H2流量为20SCCm，反应室内压强为 200Pa,冷却至室温得到表面生长有碳纳米管的碳纤维编织增强复合材料；三、在步骤二得到的表面生长有碳纳米管的碳纤维编织增强复合材料与因瓦合金的预连接面之间放入厚度为200 μ m的AgCuTi箔片并将其置于真空钎焊炉中，在850°C下保温lOmin，然后以5°C /min的速度冷却至室温，得到碳纤维编织增强复合材料与因瓦合金的连接体，AgCuTi按重量百分比由68. 7%的Ag、26. 7%的Cu和4. 6% Ti组成。本实施例的步骤二中，在陶瓷基纤维编织复合材料的表面生长了均匀、纯度高具有一定取向性的碳纳米管阵列；步骤三中AgCuTi箔片与碳纤维编织增强复合材料的预连接面的形状及面积相同。本实施例得到的碳纤维编织增强复合材料与因瓦合金的连接体的接头抗剪强度为 3IMPa。实施例七本实施例一种碳纤维编织增强复合材料与高温合金的碳纳米管辅助钎焊方法按以下步骤进行一、将碳纤维编织增强复合材料浸入浓度为O. lmol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的异丙醇溶液中，5min后将碳纤维编织增强复合材料提出并在大气环境中晾置4h，得到表面附着一层催化剂颗粒的碳纤维编织增强复合材料；二、a、将步骤一得到的表面附着一层Fe(NO3)3的碳纤维编织增强复合材料置于等离子体增强化学气相沉积设备的反应室中，抽真空至反应室真空度为9Pa后，通入还原气体4至反应室压强为200Pa，H2的流量为20sccm ;b、然后以25°C /min速度将反应室温度升至850°C后通入CH4，调节H2的流量为lOsccm，CH4的流量为40sCCm，使反应室压强达到 700Pa ;c、打开沉积系统射频电源，射频频率为13. 56MHz，射频功率为175W，IOmin后关闭加热和射频电源，停止通入CH4，继续通入H2作为保护气，H2流量为20SCCm，反应室内压强为 200Pa,冷却至室温得到表面生长有碳纳米管的碳纤维编织增强复合材料；三、在步骤二得到的表面生长有碳纳米管的碳纤维编织增强复合材料与高温合金的预连接面之间放入厚度为100 μ m的AgCuTi箔片并将其置于真空钎焊炉中，在900°C下保温lOmin，然后以5°C /min的速度冷却至室温，得到碳纤维编织增强复合材料与高温合金的连接体。本实施例的步骤二中，在陶瓷基纤维编织复合材料的表面生长了均匀、纯度高具有一定取向性的碳纳米管阵列；步骤三中AgCuTi箔片与碳纤维编织增强复合材料的预连接面的形状及面积相同，AgCuTi按重量百分比由68. 7 %的Ag、26. 7 %的Cu和4. 6 % Ti组成；本实施例中的高温合金为GH4169高温合金。本实施例得到的碳纤维编织增强复合材料与高温合金的连接体的接头抗剪强度为 15MPa。实施例八本实施例一种碳纤维增强碳化硅复合材料与高温合金的碳纳米管辅助钎焊方法按以下步骤进行—、将碳纤维增强碳化娃复合材料浸入浓度为O. lmol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的异丙醇溶液中，5min后将碳纤维增强碳化硅复合材料提出并在大气环境中晾置4h，得到表面附着一层催化剂颗粒的碳纤维增强碳化硅复合材料；二、a、将步骤一得到的表面附着一层Fe (NO3) 3的碳纤维增强碳化硅复合材料置于等离子体增强化学气相沉积设备的反应室中，抽真空至反应室真空度为9Pa后，通入还原气体H2至反应室压强为200Pa，H2的流量为20sccm ;b、然后以25 V /min速度将反应室温度升至850°C后通入CH4,调节H2的流量为lOsccm，CH4的流量为40sCCm，使反应室压强达到 700Pa ;c、打开沉积系统射频电源，射频频率为13. 56MHz，射频功率为175W，IOmin后关闭加热和射频电源，停止通入CH4，继续通入H2作为保护气，H2流量为20SCCm，反应室内压强为 200Pa,冷却至室温得到表面生长有碳纳米管的碳纤维增强碳化硅复合材料；三、在步骤二得到的表面生长有碳纳米管的碳纤维增强碳化硅复合材料与高温合金的预连接面之间放入厚度为100 μ m的AgCuTi箔片并将其置于真空钎焊炉中，在850°C下保温5min，然后以5°C /min的速度冷却至室温，得到碳纤维增强碳化硅复合材料与高温合金的连接体。本实施例的步骤二中，在陶瓷基纤维编织复合材料的表面生长了均匀、纯度高具有一定取向性的碳纳米管阵列；步骤三中AgCuTi箔片与碳纤维增强碳化硅复合材料的预连接面的形状及面积相同，AgCuTi按重量百分比由68. 7%的Ag、26. 7%的Cu和4. 6% Ti 组成；本实施例中的高温合金为GH3128高温合金。本实施例得到的碳纤维增强碳化硅复合材料与高温合金的连接体的接头抗剪强度为lOMPa。实施例九本实施例一种碳纤维增强碳化硅复合材料与钛合金的碳纳米管辅助钎焊方法按以下步骤进行一、将碳纤维增强碳化娃复合材料浸入浓度为O. lmol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的异丙醇溶液中，5min后将碳纤维增强碳化硅复合材料提出并在大气环境中晾置4h，得到表面附着一层催化剂颗粒的碳纤维增强碳化硅复合材料；二、a、将步骤一得到的表面附着一层Fe(NO3)3的石英纤维编织增强复合材料置于等离子体增强化学气相沉积设备的反应室中，抽真空至反应室真空度为9Pa后，通入还原气体H2至反应室压强为200Pa，H2的流量为20sccm ;b、然后以25 V /min速度将反应室温度升至850°C后通入CH4,调节H2的流量为20SCCm，CH4的流量为30sCCm，使反应室压强达到 700Pa ;c、打开沉积系统射频电源，射频频率为13. 56MHz，射频功率为175W，IOmin后关闭加热和射频电源，停止通入CH4，继续通入H2作为保护气，H2流量为20SCCm，反应室内压强为 200Pa,冷却至室温得到表面生长有碳纳米管的碳纤维增强碳化硅复合材料；三、在步骤二得到的表面生长有碳纳米管的碳纤维增强碳化硅复合材料与钛合金的预连接面之间放入厚度为100 μ m的TiZrNiCu箔片并将其置于真空钎焊炉中，在900°C下保温lOmin，然后以5°C /min的速度冷却至室温，得到碳纤维增强碳化硅复合材料与钛合金的连接体。本实施例的步骤二中，在陶瓷基纤维编织复合材料的表面生长了均匀、纯度高具有一定取向性的碳纳米管阵列；步骤三中TiZrNiCu箔片与碳纤维增强碳化硅复合材料的预连接面的形状及面积相同，TiZrNiCu按重量百分比由35 %的Ti、35 %的Zr、15 %的Ni和 15% Cu组成。本实施例得到的碳纤维增强碳化硅复合材料与钛合金的连接体的接头抗剪强度为 25MPa。实施例十本实施例一种碳纤维增强碳化硅复合材料与因瓦合金的碳纳米管辅助钎焊方法按以下步骤进行—、将碳纤维增强碳化娃复合材料浸入浓度为O. lmol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的异丙醇溶液中，5min后将碳纤维增强碳化硅复合材料提出并在大气环境中晾置4h，得到表面附着一层催化剂颗粒的碳纤维增强碳化硅复合材料；二、a、将步骤一得到的表面附着一层Fe (NO3) 3的碳纤维增强碳化硅复合材料置于等离子体增强化学气相沉积设备的反应室中，抽真空至反应室真空度为9Pa后，通入还原气体H2至反应室压强为200Pa，H2的流量为20sccm ;b、然后以25 V /min速度将反应室温度升至850°C后通入CH4,调节H2的流量为lOsccm，CH4的流量为40sCCm，使反应室压强达到 700Pa ;c、打开沉积系统射频电源，射频频率为13. 56MHz，射频功率为175W，IOmin后关闭加热和射频电源，停止通入CH4，继续通入H2作为保护气，H2流量为20SCCm，反应室内压强为 200Pa,冷却至室温得到表面生长有碳纳米管的碳纤维增强碳化硅复合材料；三、在步骤二得到的表面生长有碳纳米管的碳纤维增强碳化硅复合材料与因瓦合金的预连接面之间放入厚度为100 μ m的TiZrNiCu箔片并将其置于真空钎焊炉中，在950°C 下保温lOmin，然后以5°C /min的速度冷却至室温，得到碳纤维增强碳化硅复合材料与因瓦合金的连接体。本实施例的步骤二中，在陶瓷基纤维编织复合材料的表面生长了均匀、纯度高具有一定取向性的碳纳米管阵列；步骤三中TiZrNiCu箔片与碳纤维增强碳化硅复合材料的预连接面的形状及面积相同，TiZrNiCu按重量百分比由35 %的Ti、35 %的Zr、15 %的Ni和 15% Cu组成。本实施例得到的碳纤维增强碳化硅复合材料与因瓦合金的连接体的接头抗剪强度为27MPa。
1权利要求
1.一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法，其特征在于陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法按以下步骤进行一、将陶瓷基纤维编织复合材料浸入浓度为O.05mol/L O. 15mol/L的铁基或镍基催化剂溶液中，3 IOmin后将陶瓷基纤维编织复合材料提出并在大气环境中晾置4 6h，得到表面附着一层催化剂颗粒的陶瓷基纤维编织复合材料；二、a、将步骤一得到的表面附着一层催化剂颗粒的陶瓷基纤维编织复合材料置于等离子体增强化学气相沉积设备的反应室中，抽真空至反应室真空度低于IOPa后，通入H2至反应室压强为50 500Pa ;b、将反应室温度升至750°C 900°C后通入CH4，调节H2和CH4的流量，使反应室压强为700Pa ;c、打开沉积系统射频电源，反应5 20min后关闭加热和射频电源，停止通入CH4，继续通入H2，使反应室内压强为50 500Pa，冷却至室温得到表面生长有碳纳米管的陶瓷基纤维编织复合材料；三、在步骤二得到的表面生长有碳纳米管的陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的预连接面之间放入钎料箔片并将其置于真空钎焊炉中，在800 950°C下保温5 20min，然后以3 10°C /min的速度冷却至室温，得到陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的连接体。
2.根据权利要求I所述的一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法，其特征在于所述陶瓷基纤维编织复合材料是石英纤维编织增强复合材料、碳纤维编织增强复合材料或碳纤维增强碳化硅复合材料。
3.根据权利要求I所述的一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法，其特征在于所述金属材料是钛合金、因瓦合金或高温合金。
4.根据权利要求I所述的一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法，其特征在于所述铁基催化剂溶液是Fe (NO3)3 ·6Η20的异丙醇溶液、FeCl3 ·6Η20的异丙醇溶液；所述镍基催化剂溶液Ni (NO3)2 · 9Η20的异丙醇溶液。
5.根据权利要求I所述的一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法，其特征在于步骤二的a中，H2的流量为2 40sccm。
6.根据权利要求I所述的一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法，其特征在于步骤二的b中，H2和CH4的总流量为50SCCm，其中H2的流量为.O .40sccm, CH4 的流量为 10 50sccm。
7.根据权利要求I所述的一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法，其特征在于步骤二的b中，射频频率为13. 56MHz，射频功率为175W。
8.根据权利要求I所述的一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法，其特征在于步骤二的c中，H2的流量为2 40sccm。
9.根据权利要求I所述的一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法，其特征在于步骤三中的钎料箔片是厚度为50 200um的AgCuTi钎料箔片或 TiZrNiCu钎料箔片。
10.根据权利要求I所述的一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法，其特征在于步骤三中所述钎料箔片与表面生长有碳纳米管的陶瓷基纤维编织复合材料的预连接面的形状及面积相同。
全文摘要
一种陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的碳纳米管辅助钎焊方法，它涉及纤维编织复合材料与金属材料的钎焊方法。本发明要解决现有陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料钎焊过程中，钎料对复合材料表面润湿性差、接头强度低的问题。方法一、在陶瓷基纤维编织复合材料的表面附着催化剂；二、调控反应温度、H2和CH4流量及压强，制备表面生长有碳纳米管的陶瓷基纤维编织复合材料；三、真空钎焊炉装料，在800～950℃下发生界面冶金反应后冷却，得陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的连接体。本发明方法所得连接体的接头抗剪强度为15～31MPa，比直接连接方法提高了5倍左右。本发明用于陶瓷基纤维编织复合材料与金属材料的连接。
文档编号C04B37/02GK102584312SQ20121005158
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月1日 优先权日2012年3月1日
发明者亓钧雷, 冯吉才, 张丽霞, 张俊杰, 张大磊, 曹健 申请人:哈尔滨工业大学