【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及異種材料釬焊，具體涉及一種基于ti-ni-nb復合中間層實現cf/sic復合材料與ysz陶瓷高溫釬焊的方法。
技術介紹
1、現代航空發動機正朝著高推重比及高機動性能方向發展，尤其以新一代變循環發動機為代表，發動機推力和升力已經達到一個新高度。尾噴管是航空發動機產生推力和升力的關鍵部件，其產生推力的大小及方向對航空發動機的性能有決定性影響。這就要求航空發動機cf/sic復合材料尾噴管擴張調節片的調節更加精準、迅速，而這是通過與其連接的金屬耳座傳動實現的。由于尾噴管cf/sic復合材料擴張調節片長期處于氣動力以及高溫氣動熱作用(可達1000℃)中，而金屬耳座耐溫能力有限，因此需要引入熱導率較低的耐高溫隔熱材料來控制金屬耳座溫度，從而減緩金屬耳座的變形和開裂。
2、氧化釔穩定氧化鋯陶瓷(簡稱ysz陶瓷)是一種先進的陶瓷隔熱材料，它由氧化鋯和穩定劑氧化釔所構成，具有高熔點、優異的絕緣性能、熱穩定性以及韌性，廣泛應用于高溫結構材料、防熱材料等領域。因此，ysz陶瓷可用作航空發動機中cf/sic復合材料擴張調節片與金屬耳座之間的隔熱材料。ysz陶瓷隔熱層應用的主要難點在于如何實現cf/sic復合材料與ysz陶瓷隔熱層之間的可靠連接，并保證接頭具備較強的高溫服役能力。
3、ysz陶瓷目前主要采用空氣反應釬焊或玻璃釬料燒結連接，空氣反應釬焊主要以ag為基體添加各類氧化物，但難以滿足瞬時1000℃的高溫條件；而玻璃釬料在燒結過程中會產生一定程度的結晶，惡化玻璃的力學性能，導致此工藝下接頭抗熱震能力較弱，容易開
4、目前針對ysz陶瓷的高溫真空釬焊鮮有報道，有學者采用tini金屬釬料對于ysz陶瓷與不銹鋼的連接，釬料熔點可達942℃，但仍未達到飛機尾噴管擴張調節片的服役溫度。(indacochea?j?e.polar?a.interface?development?in?joining?yttria?stabilizedzirconia?to?stainless?steel?by?in-situ?alloying?with?ni/ti?filler?metals，2007.)因此，研制一種ysz陶瓷與cf/sic復合材料的高溫釬焊方法，對于獲得耐溫能力更強的cf/sic復合材料擴張調節片與金屬耳座接頭，從而提高尾噴管出氣口溫度、提升發動機推重比具有重要意義。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了解決現有的ysz陶瓷與cf/sic復合材料之間難以形成高強度及高服役溫度連接接頭的問題，而提供一種基于ti-ni-nb復合中間層實現cf/sic復合材料與ysz陶瓷高溫釬焊的方法。
2、一種基于ti-ni-nb復合中間層實現cf/sic復合材料與ysz陶瓷高溫釬焊的方法，按以下步驟進行：
3、步驟s1：ysz陶瓷及cf/sic復合材料的焊前處理；
4、將ysz陶瓷和cf/sic復合材料進行切割，然后打磨、超聲清洗，得到處理后的ysz陶瓷和cf/sic復合材料；
5、步驟s2：ti-ni-nb復合箔的焊前處理；
6、將ti、ni和nb箔片進行裁剪，然后打磨、超聲清洗，再在真空條件下將ti、ni和nb箔片以ti/ni/nb/ni/ti的順序粘連在一起，最后對粘連后的復合箔片施加壓力，得到tininb復合箔片；
7、步驟s3：待焊試件的裝配；
8、將步驟s1中得到的處理后的ysz陶瓷和cf/sic復合材料與步驟s2中得到的tininb復合箔片，由下至上按照ysz陶瓷/復合箔片/cf/sic復合材料的順序疊放，得到裝配件；
9、步驟s4：真空擴散連接；
10、對步驟s3中得到的裝配件施加壓力，然后在真空條件下加熱至900～1000℃，再繼續加熱至1160～1190℃，并在1160～1190℃的溫度條件下保溫10～60min；保溫結束后冷卻至20～200℃，完成基于ti-ni-nb復合中間層實現cf/sic復合材料與ysz陶瓷高溫釬焊。
11、本專利技術的有益效果：
12、(1)本專利技術一種基于ti-ni-nb復合中間層實現cf/sic復合材料與ysz陶瓷高溫釬焊的方法，基于nb元素在約1150℃下可與tini共晶相反應生成偽二元相，提高了接頭的服役溫度。同時，nb元素的引入減少了ti-ni脆性相，且偽二元共晶組織中的(nb,ti)固溶體具有較高塑性，有助于提高了接頭力學性能，最終本專利技術以反應釬焊原理形成高質量耐高溫接頭。
13、(2)本專利技術可以使cf/sic與ysz陶瓷連接接頭得到高質量冶金結合，在釬焊溫度為1190℃、保溫時間為20min的條件下，接頭室溫剪切強度最高可達59mpa，500℃下剪切強度最高可達48mpa，1000℃下抗剪強度可達11mpa(目前文獻并沒有記載可滿足1000℃服役溫度的數據)，在實現cf/sic與ysz陶瓷連接的同時也保證了接頭的耐高溫性能。
14、本專利技術可獲得一種基于ti-ni-nb復合中間層實現cf/sic復合材料與ysz陶瓷高溫釬焊的方法。
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1.一種基于Ti-Ni-Nb復合中間層實現Cf/SiC復合材料與YSZ陶瓷高溫釬焊的方法，其特征在于該方法按以下步驟進行：
2.根據權利要求1所述的一種基于Ti-Ni-Nb復合中間層實現Cf/SiC復合材料與YSZ陶瓷高溫釬焊的方法，其特征在于步驟S1中將YSZ陶瓷和Cf/SiC復合材料的待焊面使用600目、1000目和1500目的砂紙逐級打磨。
3.根據權利要求1所述的一種基于Ti-Ni-Nb復合中間層實現Cf/SiC復合材料與YSZ陶瓷高溫釬焊的方法，其特征在于步驟S1中將YSZ陶瓷和Cf/SiC復合材料置于乙醇或丙酮中，以70～150kHz的頻率超聲清洗5～30min。
4.根據權利要求1所述的一種基于Ti-Ni-Nb復合中間層實現Cf/SiC復合材料與YSZ陶瓷高溫釬焊的方法，其特征在于步驟S2中使用3000目和5000目砂紙逐級打磨Ti、Ni和Nb箔片的上下表面。
5.根據權利要求1所述的一種基于Ti-Ni-Nb復合中間層實現Cf/SiC復合材料與YSZ陶瓷高溫釬焊的方法，其特征在于步驟S2中將Ti、Ni和Nb箔片置于乙醇
6.根據權利要求1、4或5所述的一種基于Ti-Ni-Nb復合中間層實現Cf/SiC復合材料與YSZ陶瓷高溫釬焊的方法，其特征在于步驟S2中Ti箔片與Ni箔片的厚度比為8：(5～10)，Ni箔片與Nb箔片的厚度比為6：(4～10)。
7.根據權利要求1所述的一種基于Ti-Ni-Nb復合中間層實現Cf/SiC復合材料與YSZ陶瓷高溫釬焊的方法，其特征在于步驟S2中施加壓力為5～10MPa。
8.根據權利要求1所述的一種基于Ti-Ni-Nb復合中間層實現Cf/SiC復合材料與YSZ陶瓷高溫釬焊的方法，其特征在于步驟S4中施加壓力為0.05～0.2MPa。
9.根據權利要求1所述的一種基于Ti-Ni-Nb復合中間層實現Cf/SiC復合材料與YSZ陶瓷高溫釬焊的方法，其特征在于步驟S4中真空度達到5×10-3Pa時開始加熱。
10.根據權利要求1所述的一種基于Ti-Ni-Nb復合中間層實現Cf/SiC復合材料與YSZ陶瓷高溫釬焊的方法，其特征在于步驟S4中兩次升溫速率分別為8～12℃/min和3～6℃/min，降溫速率為3～6℃/min。
...【技術特征摘要】
1.一種基于ti-ni-nb復合中間層實現cf/sic復合材料與ysz陶瓷高溫釬焊的方法，其特征在于該方法按以下步驟進行：
2.根據權利要求1所述的一種基于ti-ni-nb復合中間層實現cf/sic復合材料與ysz陶瓷高溫釬焊的方法，其特征在于步驟s1中將ysz陶瓷和cf/sic復合材料的待焊面使用600目、1000目和1500目的砂紙逐級打磨。
3.根據權利要求1所述的一種基于ti-ni-nb復合中間層實現cf/sic復合材料與ysz陶瓷高溫釬焊的方法，其特征在于步驟s1中將ysz陶瓷和cf/sic復合材料置于乙醇或丙酮中，以70～150khz的頻率超聲清洗5～30min。
4.根據權利要求1所述的一種基于ti-ni-nb復合中間層實現cf/sic復合材料與ysz陶瓷高溫釬焊的方法，其特征在于步驟s2中使用3000目和5000目砂紙逐級打磨ti、ni和nb箔片的上下表面。
5.根據權利要求1所述的一種基于ti-ni-nb復合中間層實現cf/sic復合材料與ysz陶瓷高溫釬焊的方法，其特征在于步驟s2中將ti、ni和nb箔片置于乙醇或丙酮中，以70～150khz的頻率...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張博，馬驁飛，張麗霞，常青，孫湛，陳正義，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：
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