C/C 复合材料快速钎焊及焊料设计

陶瓷材料、陶瓷基复合材料、C/C 复合材料都具有熔点高的物理特性，当用于高温结构件时也希望其钎焊接头所用钎料具有熔点高、钎缝重熔温度高的优点。在陶瓷、碳材中植入碳纤维或陶瓷纤维，可以进一步改善陶瓷、碳材本体的抗裂纹扩展能力。相比于纤维强化陶瓷基复合材料，C/C复合材料制备相对容易，潜在应用更广。C/C 复合材料(C/C)的熔点高达 3827℃，具有耐烧蚀、密度轻、抗拉强度高、耐腐蚀等优点，可以用于加工制造航空航天高温部件、热核聚变高温部件。但C/C因制备成本较高、塑性差，一般需利用钎焊技术制备尺寸较大、形状复杂的C/C整体构件;或利用钎焊技术实现C/C与金属部件的连接。与陶瓷材料相似，C/C的钎焊主要存在三方面的难点:一是润湿性差;二是热应力大;三是钎料耐热能力差，限制了C/C高温性能的发挥。C/C钎焊研究主要集中在以下几个方面:(1)钎料成分的优化，如含有强活性元素 Ti 的 Ag 基、Cu 基、Ti 基钎料，但Ag基、Cu基、Ti基活性钎料存在熔点低(低于1000℃)、重熔温度低、接头许用温度低(500~600℃)的问题，不利于C/C母材发挥高温性能的优势。(2)研发复合材料式钎料，如在钎料中添加热膨胀系数低、甚至为负膨胀系数的陶瓷相或合成相，以降低钎缝与C/C的热膨胀系数差异，从而降低热应力。(3)C/C表面焊前进行预处理，如粗化、活化，以达到避免平直界面、增大焊接与承载面积、减小热应力、强化界面接合等不同目的。为解决传统Ni基钎料 (BNi-2等润湿性差、熔点低导致钎焊接头中钎缝的重熔温度低、残留钎料脆性大且耐热性差、等温凝固耗时长等)不能用于(C/C)/(C/C) 同种母材高温钎焊的问题，团队研发了一种无降熔元素型 Ni 基钎料设计及其快速钎焊 C/C 复合材料的方法。

【产品性能优势】采用的无MPD型Ni基钎料，其组织不同于传统Ni基钎料的共晶组织，具有固溶体或近固溶体的组织特征，钎料熔点高、脆性小、易成形;利用Ni-C共品反应实现对C/C母材快速溶解与润湿，提高钎的重熔温度至 Ni-C共品温度，改善钎缝的耐热性能，并降低钎缝脆性，在润湿性、焊接效率、钎缝基体塑性与原位强化、钎缝耐热性能改善方面具有优势。解决了用传统 Ni 基钎料进行 C/C 母材组合的高温钎焊存在的润湿性差、残留钎料脆性大且耗时长的问题，实现了C/C快速、高强、超高温钎焊，也可用于陶瓷、陶瓷基复合材料的钎焊，同样具有快速、耐热的优点。