隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)焊接質(zhì)量及結(jié)構(gòu)性能的要求越來越高，各種先進(jìn)及特殊材料的焊接近年來不斷出現(xiàn)。先進(jìn)材料極大地推動(dòng)了科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展，在電子、能源、車輛制造、航空航天、核工業(yè)等部門得到了應(yīng)用。先進(jìn)材料焊接涉及面廣，其主要特點(diǎn)是高性能、高硬度、焊接難度大，引起人們的廣泛關(guān)注。以C/C復(fù)合材料為例，闡述了C/C復(fù)合材料特殊焊接的現(xiàn)狀和研究進(jìn)展，對(duì)推動(dòng)先進(jìn)材料的焊接研究和發(fā)展具有一定意義。真空擴(kuò)散焊接加工方法有哪些呢

C/C復(fù)合材料

復(fù)合材料是指由兩種或多種物理、化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)以一定方式、比例和分布方式合成的多相固體材料。復(fù)合材料應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)在于其可設(shè)計(jì)性。結(jié)構(gòu)功能一體化是復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)，過去30年復(fù)合材料在戰(zhàn)斗機(jī)上的應(yīng)用持續(xù)增加，替代了相當(dāng)一部分傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料，當(dāng)復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)質(zhì)量的20%至25%時(shí)，飛機(jī)機(jī)體減量效果大大增加。在運(yùn)載火箭彈體、戰(zhàn)略導(dǎo)彈彈頭材料等結(jié)構(gòu)中，復(fù)合材料的應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用。例如，美國(guó)、俄羅斯和中國(guó)最近開發(fā)的遠(yuǎn)程洲際戰(zhàn)略導(dǎo)彈端蓋幾乎都使用碳/碳復(fù)合材料[8]。

碳/碳復(fù)合材料特別適用于遠(yuǎn)程導(dǎo)彈和返回衛(wèi)星的尖端帽。其優(yōu)點(diǎn)是①耐高溫，密度小。洲際彈道導(dǎo)彈每減重1kg，射程可增加300km。航天器和航天器每減重1kg可減少2kN推力，大大節(jié)約火箭燃料。②碳纖維復(fù)合材料在超高溫和肉類沖擊下，消融速度慢，燒結(jié)后形成牢固疏松的“海綿體”，不僅可以防止進(jìn)一步消融，而且可以起到隔熱作用。真空擴(kuò)散焊接加工方法有哪些呢

1、C/C復(fù)合材料的連接性分析

（1）C/C復(fù)合材料連接的主要問題。

C/C復(fù)合材料以其高比強(qiáng)度和優(yōu)異的高溫性能，成為航空航天領(lǐng)域極具吸引力的高溫結(jié)構(gòu)材料，已成為飛機(jī)剎車片、飛機(jī)鼻錐和機(jī)翼前緣及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，如用于燃燒室和增壓器的噴嘴等由于C/C復(fù)合材料主要在有特殊要求的極端環(huán)境下工作，因此作為部件連接或?qū)/C復(fù)合材料與其他材料連接使用具有重要意義，C/C復(fù)合材料連接可能出現(xiàn)的主要問題包括：

①如何保證在連接過程中C/C復(fù)合材料原有的優(yōu)良性能不被破壞。

②獲得與C/C復(fù)合材料性能一致的接頭區(qū)域（或連接層）的方法

針對(duì)以上兩個(gè)問題，真空擴(kuò)散焊和釬焊是最成功的連接技術(shù)，但由于C/C復(fù)合材料技術(shù)條件特殊，連接過程需要考慮C/C復(fù)合材料應(yīng)用中的特殊要求，如作為航天結(jié)構(gòu)材料，其主要要求是高比強(qiáng)度和高溫性能作為核聚變堆材料，除了熱力學(xué)性能外，還必須滿足特殊的低活化標(biāo)準(zhǔn)。C/C復(fù)合材料的連接特征僅以擴(kuò)散連接為例進(jìn)行說明。真空擴(kuò)散焊接加工方法有哪些呢

（2）C/C復(fù)合材料的擴(kuò)散連接。

通過制造可在碳作用下生成碳化物的石墨和中間層的方法，擴(kuò)散連接可使用石墨（C）、硼（B）、鈦（Ti）或TiSi2等的C/C復(fù)合材料。無論如何，通過中間層和C的界面反應(yīng)形成碳化物或結(jié)晶，達(dá)到相互連接的目的。擴(kuò)散焊接加熱過程中，首先通過固體擴(kuò)散結(jié)合或液相與C/C復(fù)合材料母材的相互作用，生成熱穩(wěn)定性低的碳化物和接頭。嗯，加熱到更高的溫度，將碳化物分解成石墨和金屬，使金屬完全蒸發(fā)消失，最終連接層只剩下石墨單晶。該連接器的結(jié)構(gòu)除了（C/C復(fù)合材料）/石墨/（C/C復(fù)合材料）C以外沒有外來材料。但是，從實(shí)際結(jié)果來看，是因?yàn)榻宇^的強(qiáng)度性能不理想，接頭中的石墨晶片的強(qiáng)度不足。真空擴(kuò)散焊接加工方法有哪些呢

為了提高石墨晶片的強(qiáng)度，以Mn為填充物生成石墨中間層擴(kuò)散連接C/C復(fù)合材料可以獲得較好的效果，其關(guān)鍵在于：

①添加的中間層和填充金屬應(yīng)與C/C復(fù)合材料中的C反應(yīng)，形成完整的碳化物結(jié)合層。碳化物只是擴(kuò)散結(jié)合過程的中間產(chǎn)物，但碳化物的形成也很重要。如果沒有碳化物結(jié)合層，就不能得到最終的石墨結(jié)晶結(jié)合層。

②高溫下碳化物的分解和金屬元素（或碳化物形成元素）的蒸發(fā)形成石墨晶體連接層。形成碳化物連接層后，不一定能形成完整的石墨晶體連接層，而是取決于所形成的碳化物連接層能否在高溫下充分分解。

研究表明，蒸氣壓過高的金屬、容易氧化的金屬、將生成的碳化物在極高溫（>2000℃）下分解的金屬以及在高溫下難以蒸發(fā)的金屬不適合作為形成石墨中間層擴(kuò)散連接C/C復(fù)合材料的填充金屬。

（3）擴(kuò)散C/C復(fù)合材料連接強(qiáng)度的措施。

對(duì)于添加石墨中間層的C/C復(fù)合材料擴(kuò)散焊接頭的強(qiáng)度低的問題，為了得到耐高溫接頭，可以將形成碳化物的難熔融金屬（Ti、Zr、Nb、Ta、Hf等）擴(kuò)散連接到中間層，在2300~3000℃之間擴(kuò)散連接。硼或碳化物等難熔融化合物作為結(jié)合C/C復(fù)合材料的中間層使用，可以提高接合部的高溫強(qiáng)度。真空擴(kuò)散焊接加工方法有哪些呢

當(dāng)B或B+C中間層擴(kuò)散連接C/C復(fù)合材料時(shí)，B和C在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成硼的碳化物。圖3示出了連接溫度對(duì)以B和B+C為中間層的C/C復(fù)合材料接頭的剪切強(qiáng)度的影響（剪切試驗(yàn)溫度1575℃）。使用試樣尺寸25.4mm×12.7 mm×6.3mm，三維纖維增強(qiáng)。如圖所示，當(dāng)擴(kuò)散連接溫度低于2095℃時(shí)，B中間層的接頭強(qiáng)度高于B+C中間層的強(qiáng)度。當(dāng)溫度超過2095℃時(shí)，由于B的蒸發(fā)損失，擴(kuò)散接頭強(qiáng)度急劇降低。在1995℃的連接溫度下，擴(kuò)散連接壓力從3.10MPa增加到7.38MPa，1575℃的擴(kuò)散較大。接頭的抗剪強(qiáng)度由6.94MPa增加到9.70MPa，壓力高時(shí)接頭中間層的感應(yīng)密度高，接頭強(qiáng)度也高，但過高的壓力會(huì)損害C/C復(fù)合材料的性能，試驗(yàn)溫度以B為中間層的C/C復(fù)合材料接頭的抗剪鋼對(duì)度的影響如圖4所示。所有試驗(yàn)均在擴(kuò)散連接條件下（加熱溫度1995℃，保溫時(shí)間15min，壓力7.38MPa）獲得。如圖4所示，開始時(shí)接頭的抗剪強(qiáng)度隨著試驗(yàn)溫度的上升而增加，但超過約1600℃時(shí)抗剪強(qiáng)度急劇降低，其原因可能與連接中間層的強(qiáng)度降低有關(guān)。