專利名稱：一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的釬焊方法。
背景技術(shù)：
陶瓷基纖維編織復(fù)合材料因其優(yōu)異的性能，在航天、航空、汽車等領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛。隨著應(yīng)用的不斷拓展，陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料之間的連接逐漸成為制約材料使用的關(guān)鍵問題。在目前的工程應(yīng)用中，膠接、機(jī)械連接、焊接為材料連接的主要方式。膠接存在粘接劑老化失效和耐高溫性能差的問題，機(jī)械連接會(huì)給結(jié)構(gòu)增加額外的重量，同時(shí)很多復(fù)合材料難以進(jìn)行機(jī)械加工。釬焊連接具有接頭強(qiáng)度高、密封性好、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此在材料的連接領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但是由于陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料之間的物理化學(xué)性質(zhì)的巨大差異，釬焊的過程中接頭極易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，且陶瓷基纖維編織復(fù)合材料側(cè)釬料不易潤(rùn)濕難以形成冶金結(jié)合，使得采用普通釬焊連接復(fù)合材料與金屬材料的強(qiáng)度偏低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料釬焊過程中，釬料對(duì)復(fù)合材料表面潤(rùn)濕性差，陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料連接的接頭強(qiáng)度低的問題，而提供一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法。本發(fā)明一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法按以下步驟進(jìn)行一、將陶瓷基纖維編織復(fù)合材料浸入濃度為O. 05mol/L O. 15mol/L的鐵基或鎳基催化劑溶液中，3 IOmin后將陶瓷基纖維編織復(fù)合材料提出并在大氣環(huán)境中晾置4 6h，得到表面附著一層催化劑顆粒的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料；二、a、將步驟一得到的表面附著一層催化劑顆粒的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，抽真空至反應(yīng)室真空度低于IOPa后，通入H2 至反應(yīng)室壓強(qiáng)為50 500Pa ;b、將反應(yīng)室溫度升至750°C 900°C后通入CH4,調(diào)節(jié)H2和CH4 的流量，使反應(yīng)室壓強(qiáng)為700Pa ;c、打開沉積系統(tǒng)射頻電源，反應(yīng)5 20min后關(guān)閉加熱和射頻電源，停止通入CH4，繼續(xù)通入H2，使反應(yīng)室內(nèi)壓強(qiáng)為50 500Pa，冷卻至室溫得到表面生長(zhǎng)有碳納米管的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料；三、在步驟二得到的表面生長(zhǎng)有碳納米管的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的預(yù)連接面之間放入釬料箔片并將其置于真空釬焊爐中，在800 950°C下保溫5 20min,然后以3 10°C /min的速度冷卻至室溫，得到陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的連接體。碳納米管是由石墨烯層卷制而成的管狀納米材料，具有高強(qiáng)度、高彈性模量、低的密度和熱膨脹系數(shù)等優(yōu)異特性，其強(qiáng)度可達(dá)鋼材料的6倍，但密度只有鋼材料的1/6。由于碳納米管優(yōu)良的力學(xué)、熱學(xué)性能，碳納米管被認(rèn)為是復(fù)合材料領(lǐng)域理想的增強(qiáng)體之一，常用其來增強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)度和彈性模量。目前，碳納米管增強(qiáng)鋁基、鈦基和銅基等復(fù)合材料方面已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。因此，可以在釬焊中應(yīng)用碳納米管改善陶瓷基纖維編織復(fù)合材料表面焊接狀態(tài)，緩解釬焊接頭熱應(yīng)力，從而提高釬焊接頭強(qiáng)度。本發(fā)明一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法的原理為在表面粗糙的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料表面生長(zhǎng)碳納米管，碳納米管在纖維表面、基體表面、纖維之間和纖維與基體之間的空隙中生長(zhǎng)，使得疏松的材料表面變得致密。生長(zhǎng)后復(fù)合材料表面狀態(tài)得到改善，常用活性釬料如AgCuTi可以在生長(zhǎng)碳納米管后的復(fù)合材料表面潤(rùn)濕鋪展。在用AgCuTi釬料進(jìn)行釬焊連接，液態(tài)釬料可以更好地在復(fù)合材料表面鋪展，并且能夠滲入材料表面的空隙當(dāng)中，產(chǎn)生釘扎效應(yīng)，同時(shí)釬焊過程中液態(tài)釬料與碳納米管層可形成復(fù)合層，由于碳納米管的高強(qiáng)度、高彈性模量以及低密度和低熱膨脹系數(shù)等特性，可以在金屬材料與復(fù)合材料之間形成過渡層，使得金屬與復(fù)合材料之間由于熱膨脹系數(shù)差異大而產(chǎn)生的熱應(yīng)力得到有效地緩解，從而提高接頭整體的強(qiáng)度。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法，在陶瓷基纖維編織復(fù)合材料表面均勻生長(zhǎng)一層碳納米管對(duì)其表面進(jìn)行改性，碳納米管層可顯著改善液態(tài)釬料對(duì)陶瓷基纖維編織復(fù)合材料的潤(rùn)濕性，促進(jìn)液態(tài)釬料在復(fù)合材料表面的鋪展，以及對(duì)表面孔隙的滲入。同時(shí)釬焊過程中液態(tài)釬料與碳納米管層可形成復(fù)合層結(jié)構(gòu)，在復(fù)合材料與金屬材料之間起到梯度過渡作用，緩解接頭熱應(yīng)力，從而提高接頭強(qiáng)度，本發(fā)明方法所得到的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的連接體的接頭抗剪強(qiáng)度達(dá)到15 31MPa，比直接連接方法提高了 5倍左右，有效提高了陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的連接體的接頭性能。本發(fā)明用于陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的連接。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
之間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法按以下步驟進(jìn)行一、將陶瓷基纖維編織復(fù)合材料浸入濃度為O. 05mol/L O. 15mol/L的鐵基或鎳基催化劑溶液中，3 IOmin后將陶瓷基纖維編織復(fù)合材料提出并在大氣環(huán)境中晾置4 6h，得到表面附著一層催化劑顆粒的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料；二、a、將步驟一得到的表面附著一層催化劑顆粒的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，抽真空至反應(yīng)室真空度低于IOPa后，通入H2 至反應(yīng)室壓強(qiáng)為50 500Pa ;b、將反應(yīng)室溫度升至750°C 900°C后通入CH4,調(diào)節(jié)H2和CH4 的流量，使反應(yīng)室壓強(qiáng)為700Pa ;c、打開沉積系統(tǒng)射頻電源，反應(yīng)5 20min后關(guān)閉加熱和射頻電源，停止通入CH4，繼續(xù)通入H2，使反應(yīng)室內(nèi)壓強(qiáng)為50 500Pa，冷卻至室溫得到表面生長(zhǎng)有碳納米管的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料；三、在步驟二得到的表面生長(zhǎng)有碳納米管的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的預(yù)連接面之間放入釬料箔片并將其置于真空釬焊爐中，在800 950°C下保溫5 20min,然后以3 10°C /min的速度冷卻至室溫，得到陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的連接體。本實(shí)施方式的有益效果是在陶瓷基纖維編織復(fù)合材料表面均勻生長(zhǎng)一層碳納米管對(duì)其表面進(jìn)行改性，碳納米管層可顯著改善液態(tài)釬料對(duì)陶瓷基纖維編織復(fù)合材料的潤(rùn)濕性，促進(jìn)液態(tài)釬料在復(fù)合材料表面的鋪展，以及對(duì)表面孔隙的滲入。同時(shí)釬焊過程中液態(tài)釬料與碳納米管層可形成復(fù)合層結(jié)構(gòu)，在復(fù)合材料與金屬材料之間起到梯度過渡作用，緩解接頭熱應(yīng)力，從而提高接頭強(qiáng)度，本發(fā)明方法所得到的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的連接體的接頭抗剪強(qiáng)度達(dá)到15 31MPa，比直接連接方法提高了 5倍左右，有效提高了陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的連接體的接頭性能。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述陶瓷基纖維編織復(fù)合材料是石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料、碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料或碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是所述金屬材料是鈦合金、因瓦合金或高溫合金。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是所述鐵基催化劑溶液是Fe (NO3)3 · 6H20的異丙醇溶液、FeCl3 · 6H20的異丙醇溶液；所述鎳基催化劑溶液Ni (NO3)2 · 9H20的異丙醇溶液。其它與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是步驟二的a 中，H2的流量為2 40SCCm。其它與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同的是步驟二的b 中，H2和CH4的總流量為50sccm，其中H2的流量為O 40sccm，CH4的流量為10 50sccm。 其它與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是步驟二的b 中，射頻頻率為13. 56MHz，射頻功率為175W。其它與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至七之一不同的是步驟二的c 中，H2的流量為2 40SCCm。其它與具體實(shí)施方式
一至七之一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至八之一不同的是步驟三中的釬料箔片是厚度為50 200um的AgCuTi釬料箔片或TiZrNiCu釬料箔片。其它與具體實(shí)施方式
一至八之一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至九之一不同的是步驟三中所述釬料箔片與表面生長(zhǎng)有碳納米管的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料的預(yù)連接面的形狀及面積相同。其它與具體實(shí)施方式
一至九之一相同。采用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果實(shí)施例一本實(shí)施例一種石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與鈦合金的碳納米管輔助釬焊方法按以下步驟進(jìn)行一、將石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料浸入濃度為O. lmol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的異丙醇溶液中，5min后將石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料提出并在大氣環(huán)境中晾置4h，得到表面附著一層催化劑顆粒的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料；
二、a、將步驟一得到的表面附著一層Fe(NO3)3的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，抽真空至反應(yīng)室真空度為9Pa后，通入還原氣體H2至反應(yīng)室壓強(qiáng)為200Pa，H2的流量為20sccm ;b、然后以25 V /min速度將反應(yīng)室溫度升至800°C后通入CH4,調(diào)節(jié)H2的流量為lOsccm，CH4的流量為40sCCm，使反應(yīng)室壓強(qiáng)達(dá)到 700Pa ;c、打開沉積系統(tǒng)射頻電源，射頻頻率為13. 56MHz，射頻功率為175W，IOmin后關(guān)閉加熱和射頻電源，停止通入CH4，繼續(xù)通入H2作為保護(hù)氣，H2流量為20SCCm，反應(yīng)室內(nèi)壓強(qiáng)為 200Pa,冷卻至室溫得到表面生長(zhǎng)有碳納米管的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料；三、在步驟二得到的表面生長(zhǎng)有碳納米管的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與鈦合金的預(yù)連接面之間放入厚度為100 μ m的AgCuTi箔片并將其置于真空釬焊爐中，在850°C下保溫lOmin，然后以5°C /min的速度冷卻至室溫，得到石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與鈦合金的連接體。本實(shí)施例的步驟二中，在陶瓷基纖維編織復(fù)合材料的表面生長(zhǎng)了均勻、純度高具有一定取向性的碳納米管陣列；步驟三中AgCuTi箔片與石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料的預(yù)連接面的形狀及面積相同，AgCuTi按重量百分比由68. 7%的Ag、26. 7%的Cu和4. 6% Ti 組成。本實(shí)施例得到的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與鈦合金的連接體的接頭抗剪強(qiáng)度為 30MPa。實(shí)施例二 本實(shí)施例一種石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與鈦合金的碳納米管輔助釬焊方法按以下步驟進(jìn)行一、將石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料浸入濃度為O. 15mol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的異丙醇溶液中，5min后將石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料提出并在大氣環(huán)境中晾置4h，得到表面附著一層催化劑顆粒的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料；二、a、將步驟一得到的表面附著一層Fe(NO3)3的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，抽真空至反應(yīng)室真空度為9Pa后，通入還原氣體H2至反應(yīng)室壓強(qiáng)為200Pa，H2的流量為20sccm ;b、然后以25 V /min速度將反應(yīng)室溫度升至850°C后通入CH4,調(diào)節(jié)H2的流量為lOsccm，CH4的流量為40sCCm，使反應(yīng)室壓強(qiáng)達(dá)到 700Pa ;c、打開沉積系統(tǒng)射頻電源，射頻頻率為13. 56MHz，射頻功率為175W，IOmin后關(guān)閉加熱和射頻電源，停止通入CH4，繼續(xù)通入H2作為保護(hù)氣，H2流量為20SCCm，反應(yīng)室內(nèi)壓強(qiáng)為 200Pa,冷卻至室溫得到表面生長(zhǎng)有碳納米管的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料；三、在步驟二得到的表面生長(zhǎng)有碳納米管的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與鈦合金的預(yù)連接面之間放入厚度為100 μ m的AgCuTi箔片并將其置于真空釬焊爐中，在850°C下保溫lOmin，然后以5°C /min的速度冷卻至室溫，得到石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與鈦合金的連接體。本實(shí)施例的步驟二中，在陶瓷基纖維編織復(fù)合材料的表面生長(zhǎng)了均勻、純度高具有一定取向性的碳納米管陣列；步驟三中AgCuTi箔片與石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料的預(yù)連接面的形狀及面積相同，AgCuTi按重量百分比由68. 7%的Ag、26. 7%的Cu和4. 6% Ti 組成。本實(shí)施例得到的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與鈦合金的連接體的接頭抗剪強(qiáng)度為 20MPa。實(shí)施例三本實(shí)施例一種石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與因瓦合金的碳納米管輔助釬焊方法按以下步驟進(jìn)行—、將石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料浸入濃度為O. lmol/L的Ni (NO3) 2 · 9H20的異丙醇溶液中，5min后將石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料提出并在大氣環(huán)境中晾置4h，得到表面附著一層催化劑顆粒的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料；二、a、將步驟一得到的表面附著一層Ni (NO3)2的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，抽真空至反應(yīng)室真空度為SPa后，通入還原氣體H2至反應(yīng)室壓強(qiáng)為200Pa，H2的流量為20sccm ;b、然后以25 V /min速度將反應(yīng)室溫度升至850°C后通入CH4,調(diào)節(jié)H2的流量為lOsccm，CH4的流量為40sCCm，使反應(yīng)室壓強(qiáng)達(dá)到 700Pa ;c、打開沉積系統(tǒng)射頻電源，射頻頻率為13. 56MHz，射頻功率為175W，IOmin后關(guān)閉加熱和射頻電源，停止通入CH4，繼續(xù)通入H2作為保護(hù)氣，H2流量為20SCCm，反應(yīng)室內(nèi)壓強(qiáng)為 200Pa,冷卻至室溫得到表面生長(zhǎng)有碳納米管的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料；三、在步驟二得到的表面生長(zhǎng)有碳納米管的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與因瓦合金的預(yù)連接面之間放入厚度為100 μ m的AgCuTi箔片并將其置于真空釬焊爐中，在850°C下保溫lOmin，然后以5°C /min的速度冷卻至室溫，得到石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與因瓦合金的連接體。本實(shí)施例的步驟二中，在陶瓷基纖維編織復(fù)合材料的表面生長(zhǎng)了均勻、純度高具有一定取向性的碳納米管陣列；步驟三中AgCuTi箔片與石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料的預(yù)連接面的形狀及面積相同，AgCuTi按重量百分比由68. 7%的Ag、26. 7%的Cu和4. 6% Ti 組成。本實(shí)施例得到的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與因瓦合金的連接體的接頭抗剪強(qiáng)度為22MPa。實(shí)施例四本實(shí)施例一種石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與高溫合金的碳納米管輔助釬焊方法按以下步驟進(jìn)行一、將石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料浸入濃度為O. lmol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的異丙醇溶液中，5min后將石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料提出并在大氣環(huán)境中晾置4h，得到表面附著一層催化劑顆粒的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料；二、a、將步驟一得到的表面附著一層Fe(NO3)3的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，抽真空至反應(yīng)室真空度為9Pa后，通入還原氣體H2至反應(yīng)室壓強(qiáng)為200Pa，H2的流量為20sccm ;b、然后以25 V /min速度將反應(yīng)室溫度升至850°C后通入CH4,調(diào)節(jié)H2的流量為20SCCm，CH4的流量為30sCCm，使反應(yīng)室壓強(qiáng)達(dá)到 700Pa ;c、打開沉積系統(tǒng)射頻電源，射頻頻率為13. 56MHz，射頻功率為175W，IOmin后關(guān)閉加熱和射頻電源，停止通入CH4，繼續(xù)通入H2作為保護(hù)氣，H2流量為20SCCm，反應(yīng)室內(nèi)壓強(qiáng)為 200Pa,冷卻至室溫得到表面生長(zhǎng)有碳納米管的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料；三、在步驟二得到的表面生長(zhǎng)有碳納米管的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與高溫合金的預(yù)連接面之間放入厚度為100 μ m的AgCuTi箔片并將其置于真空釬焊爐中，在850°C下保溫lOmin，然后以5°C /min的速度冷卻至室溫，得到石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與高溫合金的連接體。本實(shí)施例的步驟二中，在陶瓷基纖維編織復(fù)合材料的表面生長(zhǎng)了均勻、純度高具有一定取向性的碳納米管陣列；步驟三中AgCuTi箔片與石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料的預(yù)連接面的形狀及面積相同，AgCuTi按重量百分比由68. 7%的Ag、26. 7%的Cu和4. 6% Ti 組成；本實(shí)施例中的高溫合金為GH4169高溫合金。本實(shí)施例得到的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與高溫合金的連接體的接頭抗剪強(qiáng)度為27MPa。實(shí)施例五本實(shí)施例一種碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與鈦合金的碳納米管輔助釬焊方法按以下步驟進(jìn)行一、將碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料浸入濃度為O. lmol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的異丙醇溶液中，5min后將碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料提出并在大氣環(huán)境中晾置4h，得到表面附著一層催化劑顆粒的碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料；二、a、將步驟一得到的表面附著一層Fe(NO3)3的碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，抽真空至反應(yīng)室真空度為9Pa后，通入還原氣體4至反應(yīng)室壓強(qiáng)為200Pa，H2的流量為20sccm ;b、然后以25°C /min速度將反應(yīng)室溫度升至800°C后通入CH4，調(diào)節(jié)H2的流量為lOsccm，CH4的流量為40sCCm，使反應(yīng)室壓強(qiáng)達(dá)到 700Pa ;c、打開沉積系統(tǒng)射頻電源，射頻頻率為13. 56MHz，射頻功率為175W，IOmin后關(guān)閉加熱和射頻電源，停止通入CH4，繼續(xù)通入H2作為保護(hù)氣，H2流量為20SCCm，反應(yīng)室內(nèi)壓強(qiáng)為 200Pa,冷卻至室溫得到表面生長(zhǎng)有碳納米管的碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料；三、在步驟二得到的表面生長(zhǎng)有碳納米管的碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與鈦合金的預(yù)連接面之間放入厚度為100 μ m的AgCuTi箔片并將其置于真空釬焊爐中，在850°C下保溫 lOmin，然后以5°C /min的速度冷卻至室溫，得到碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與鈦合金的連接體。 本實(shí)施例的步驟二中，在陶瓷基纖維編織復(fù)合材料的表面生長(zhǎng)了均勻、純度高具有一定取向性的碳納米管陣列；步驟三中AgCuTi箔片與碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料的預(yù)連接面的形狀及面積相同，AgCuTi按重量百分比由68. 7%的Ag、26. 7%的Cu和4. 6% Ti組成。本實(shí)施例得到的碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與鈦合金的連接體的接頭抗剪強(qiáng)度為 16MPa。實(shí)施例六本實(shí)施例一種碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與因瓦合金的碳納米管輔助釬焊方法按以下步驟進(jìn)行一、將碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料浸入濃度為O. lmol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的異丙醇溶液中，5min后將碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料提出并在大氣環(huán)境中晾置4h，得到表面附著一層催化劑顆粒的碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料；二、a、將步驟一得到的表面附著一層Fe(NO3)3的碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，抽真空至反應(yīng)室真空度為9Pa后，通入還原氣體4至反應(yīng)室壓強(qiáng)為200Pa，H2的流量為20sccm ;b、然后以25°C /min速度將反應(yīng)室溫度升至850°C后通入CH4，調(diào)節(jié)H2的流量為lOsccm，CH4的流量為40sCCm，使反應(yīng)室壓強(qiáng)達(dá)到 700Pa ;c、打開沉積系統(tǒng)射頻電源，射頻頻率為13. 56MHz，射頻功率為175W，IOmin后關(guān)閉加熱和射頻電源，停止通入CH4，繼續(xù)通入H2作為保護(hù)氣，H2流量為20SCCm，反應(yīng)室內(nèi)壓強(qiáng)為 200Pa,冷卻至室溫得到表面生長(zhǎng)有碳納米管的碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料；三、在步驟二得到的表面生長(zhǎng)有碳納米管的碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與因瓦合金的預(yù)連接面之間放入厚度為200 μ m的AgCuTi箔片并將其置于真空釬焊爐中，在850°C下保溫lOmin，然后以5°C /min的速度冷卻至室溫，得到碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與因瓦合金的連接體，AgCuTi按重量百分比由68. 7%的Ag、26. 7%的Cu和4. 6% Ti組成。本實(shí)施例的步驟二中，在陶瓷基纖維編織復(fù)合材料的表面生長(zhǎng)了均勻、純度高具有一定取向性的碳納米管陣列；步驟三中AgCuTi箔片與碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料的預(yù)連接面的形狀及面積相同。本實(shí)施例得到的碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與因瓦合金的連接體的接頭抗剪強(qiáng)度為 3IMPa。實(shí)施例七本實(shí)施例一種碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與高溫合金的碳納米管輔助釬焊方法按以下步驟進(jìn)行一、將碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料浸入濃度為O. lmol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的異丙醇溶液中，5min后將碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料提出并在大氣環(huán)境中晾置4h，得到表面附著一層催化劑顆粒的碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料；二、a、將步驟一得到的表面附著一層Fe(NO3)3的碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，抽真空至反應(yīng)室真空度為9Pa后，通入還原氣體4至反應(yīng)室壓強(qiáng)為200Pa，H2的流量為20sccm ;b、然后以25°C /min速度將反應(yīng)室溫度升至850°C后通入CH4，調(diào)節(jié)H2的流量為lOsccm，CH4的流量為40sCCm，使反應(yīng)室壓強(qiáng)達(dá)到 700Pa ;c、打開沉積系統(tǒng)射頻電源，射頻頻率為13. 56MHz，射頻功率為175W，IOmin后關(guān)閉加熱和射頻電源，停止通入CH4，繼續(xù)通入H2作為保護(hù)氣，H2流量為20SCCm，反應(yīng)室內(nèi)壓強(qiáng)為 200Pa,冷卻至室溫得到表面生長(zhǎng)有碳納米管的碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料；三、在步驟二得到的表面生長(zhǎng)有碳納米管的碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與高溫合金的預(yù)連接面之間放入厚度為100 μ m的AgCuTi箔片并將其置于真空釬焊爐中，在900°C下保溫lOmin，然后以5°C /min的速度冷卻至室溫，得到碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與高溫合金的連接體。本實(shí)施例的步驟二中，在陶瓷基纖維編織復(fù)合材料的表面生長(zhǎng)了均勻、純度高具有一定取向性的碳納米管陣列；步驟三中AgCuTi箔片與碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料的預(yù)連接面的形狀及面積相同，AgCuTi按重量百分比由68. 7 %的Ag、26. 7 %的Cu和4. 6 % Ti組成；本實(shí)施例中的高溫合金為GH4169高溫合金。本實(shí)施例得到的碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料與高溫合金的連接體的接頭抗剪強(qiáng)度為 15MPa。實(shí)施例八本實(shí)施例一種碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料與高溫合金的碳納米管輔助釬焊方法按以下步驟進(jìn)行—、將碳纖維增強(qiáng)碳化娃復(fù)合材料浸入濃度為O. lmol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的異丙醇溶液中，5min后將碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料提出并在大氣環(huán)境中晾置4h，得到表面附著一層催化劑顆粒的碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料；二、a、將步驟一得到的表面附著一層Fe (NO3) 3的碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，抽真空至反應(yīng)室真空度為9Pa后，通入還原氣體H2至反應(yīng)室壓強(qiáng)為200Pa，H2的流量為20sccm ;b、然后以25 V /min速度將反應(yīng)室溫度升至850°C后通入CH4,調(diào)節(jié)H2的流量為lOsccm，CH4的流量為40sCCm，使反應(yīng)室壓強(qiáng)達(dá)到 700Pa ;c、打開沉積系統(tǒng)射頻電源，射頻頻率為13. 56MHz，射頻功率為175W，IOmin后關(guān)閉加熱和射頻電源，停止通入CH4，繼續(xù)通入H2作為保護(hù)氣，H2流量為20SCCm，反應(yīng)室內(nèi)壓強(qiáng)為 200Pa,冷卻至室溫得到表面生長(zhǎng)有碳納米管的碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料；三、在步驟二得到的表面生長(zhǎng)有碳納米管的碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料與高溫合金的預(yù)連接面之間放入厚度為100 μ m的AgCuTi箔片并將其置于真空釬焊爐中，在850°C下保溫5min，然后以5°C /min的速度冷卻至室溫，得到碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料與高溫合金的連接體。本實(shí)施例的步驟二中，在陶瓷基纖維編織復(fù)合材料的表面生長(zhǎng)了均勻、純度高具有一定取向性的碳納米管陣列；步驟三中AgCuTi箔片與碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的預(yù)連接面的形狀及面積相同，AgCuTi按重量百分比由68. 7%的Ag、26. 7%的Cu和4. 6% Ti 組成；本實(shí)施例中的高溫合金為GH3128高溫合金。本實(shí)施例得到的碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料與高溫合金的連接體的接頭抗剪強(qiáng)度為lOMPa。實(shí)施例九本實(shí)施例一種碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料與鈦合金的碳納米管輔助釬焊方法按以下步驟進(jìn)行一、將碳纖維增強(qiáng)碳化娃復(fù)合材料浸入濃度為O. lmol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的異丙醇溶液中，5min后將碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料提出并在大氣環(huán)境中晾置4h，得到表面附著一層催化劑顆粒的碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料；二、a、將步驟一得到的表面附著一層Fe(NO3)3的石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，抽真空至反應(yīng)室真空度為9Pa后，通入還原氣體H2至反應(yīng)室壓強(qiáng)為200Pa，H2的流量為20sccm ;b、然后以25 V /min速度將反應(yīng)室溫度升至850°C后通入CH4,調(diào)節(jié)H2的流量為20SCCm，CH4的流量為30sCCm，使反應(yīng)室壓強(qiáng)達(dá)到 700Pa ;c、打開沉積系統(tǒng)射頻電源，射頻頻率為13. 56MHz，射頻功率為175W，IOmin后關(guān)閉加熱和射頻電源，停止通入CH4，繼續(xù)通入H2作為保護(hù)氣，H2流量為20SCCm，反應(yīng)室內(nèi)壓強(qiáng)為 200Pa,冷卻至室溫得到表面生長(zhǎng)有碳納米管的碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料；三、在步驟二得到的表面生長(zhǎng)有碳納米管的碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料與鈦合金的預(yù)連接面之間放入厚度為100 μ m的TiZrNiCu箔片并將其置于真空釬焊爐中，在900°C下保溫lOmin，然后以5°C /min的速度冷卻至室溫，得到碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料與鈦合金的連接體。本實(shí)施例的步驟二中，在陶瓷基纖維編織復(fù)合材料的表面生長(zhǎng)了均勻、純度高具有一定取向性的碳納米管陣列；步驟三中TiZrNiCu箔片與碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的預(yù)連接面的形狀及面積相同，TiZrNiCu按重量百分比由35 %的Ti、35 %的Zr、15 %的Ni和 15% Cu組成。本實(shí)施例得到的碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料與鈦合金的連接體的接頭抗剪強(qiáng)度為 25MPa。實(shí)施例十本實(shí)施例一種碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料與因瓦合金的碳納米管輔助釬焊方法按以下步驟進(jìn)行—、將碳纖維增強(qiáng)碳化娃復(fù)合材料浸入濃度為O. lmol/L的Fe (NO3) 3 · 6H20的異丙醇溶液中，5min后將碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料提出并在大氣環(huán)境中晾置4h，得到表面附著一層催化劑顆粒的碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料；二、a、將步驟一得到的表面附著一層Fe (NO3) 3的碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，抽真空至反應(yīng)室真空度為9Pa后，通入還原氣體H2至反應(yīng)室壓強(qiáng)為200Pa，H2的流量為20sccm ;b、然后以25 V /min速度將反應(yīng)室溫度升至850°C后通入CH4,調(diào)節(jié)H2的流量為lOsccm，CH4的流量為40sCCm，使反應(yīng)室壓強(qiáng)達(dá)到 700Pa ;c、打開沉積系統(tǒng)射頻電源，射頻頻率為13. 56MHz，射頻功率為175W，IOmin后關(guān)閉加熱和射頻電源，停止通入CH4，繼續(xù)通入H2作為保護(hù)氣，H2流量為20SCCm，反應(yīng)室內(nèi)壓強(qiáng)為 200Pa,冷卻至室溫得到表面生長(zhǎng)有碳納米管的碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料；三、在步驟二得到的表面生長(zhǎng)有碳納米管的碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料與因瓦合金的預(yù)連接面之間放入厚度為100 μ m的TiZrNiCu箔片并將其置于真空釬焊爐中，在950°C 下保溫lOmin，然后以5°C /min的速度冷卻至室溫，得到碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料與因瓦合金的連接體。本實(shí)施例的步驟二中，在陶瓷基纖維編織復(fù)合材料的表面生長(zhǎng)了均勻、純度高具有一定取向性的碳納米管陣列；步驟三中TiZrNiCu箔片與碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的預(yù)連接面的形狀及面積相同，TiZrNiCu按重量百分比由35 %的Ti、35 %的Zr、15 %的Ni和 15% Cu組成。本實(shí)施例得到的碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料與因瓦合金的連接體的接頭抗剪強(qiáng)度為27MPa。
1權(quán)利要求
1.一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法，其特征在于陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法按以下步驟進(jìn)行一、將陶瓷基纖維編織復(fù)合材料浸入濃度為O.05mol/L O. 15mol/L的鐵基或鎳基催化劑溶液中，3 IOmin后將陶瓷基纖維編織復(fù)合材料提出并在大氣環(huán)境中晾置4 6h，得到表面附著一層催化劑顆粒的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料；二、a、將步驟一得到的表面附著一層催化劑顆粒的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，抽真空至反應(yīng)室真空度低于IOPa后，通入H2至反應(yīng)室壓強(qiáng)為50 500Pa ;b、將反應(yīng)室溫度升至750°C 900°C后通入CH4，調(diào)節(jié)H2和CH4的流量，使反應(yīng)室壓強(qiáng)為700Pa ;c、打開沉積系統(tǒng)射頻電源，反應(yīng)5 20min后關(guān)閉加熱和射頻電源，停止通入CH4，繼續(xù)通入H2，使反應(yīng)室內(nèi)壓強(qiáng)為50 500Pa，冷卻至室溫得到表面生長(zhǎng)有碳納米管的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料；三、在步驟二得到的表面生長(zhǎng)有碳納米管的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的預(yù)連接面之間放入釬料箔片并將其置于真空釬焊爐中，在800 950°C下保溫5 20min，然后以3 10°C /min的速度冷卻至室溫，得到陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的連接體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法，其特征在于所述陶瓷基纖維編織復(fù)合材料是石英纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料、碳纖維編織增強(qiáng)復(fù)合材料或碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法，其特征在于所述金屬材料是鈦合金、因瓦合金或高溫合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法，其特征在于所述鐵基催化劑溶液是Fe (NO3)3 ·6Η20的異丙醇溶液、FeCl3 ·6Η20的異丙醇溶液；所述鎳基催化劑溶液Ni (NO3)2 · 9Η20的異丙醇溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法，其特征在于步驟二的a中，H2的流量為2 40sccm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法，其特征在于步驟二的b中，H2和CH4的總流量為50SCCm，其中H2的流量為.O .40sccm, CH4 的流量為 10 50sccm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法，其特征在于步驟二的b中，射頻頻率為13. 56MHz，射頻功率為175W。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法，其特征在于步驟二的c中，H2的流量為2 40sccm。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法，其特征在于步驟三中的釬料箔片是厚度為50 200um的AgCuTi釬料箔片或 TiZrNiCu釬料箔片。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法，其特征在于步驟三中所述釬料箔片與表面生長(zhǎng)有碳納米管的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料的預(yù)連接面的形狀及面積相同。
全文摘要
一種陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法，它涉及纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的釬焊方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料釬焊過程中，釬料對(duì)復(fù)合材料表面潤(rùn)濕性差、接頭強(qiáng)度低的問題。方法一、在陶瓷基纖維編織復(fù)合材料的表面附著催化劑；二、調(diào)控反應(yīng)溫度、H2和CH4流量及壓強(qiáng)，制備表面生長(zhǎng)有碳納米管的陶瓷基纖維編織復(fù)合材料；三、真空釬焊爐裝料，在800～950℃下發(fā)生界面冶金反應(yīng)后冷卻，得陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的連接體。本發(fā)明方法所得連接體的接頭抗剪強(qiáng)度為15～31MPa，比直接連接方法提高了5倍左右。本發(fā)明用于陶瓷基纖維編織復(fù)合材料與金屬材料的連接。
文檔編號(hào)C04B37/02GK102584312SQ20121005158
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者亓鈞雷, 馮吉才, 張麗霞, 張俊杰, 張大磊, 曹健 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)