认识一下C/C复合材料其他焊接方式

     扩散焊也是C/C复合材料焊接常用的方式。相对于钎焊工艺，扩散焊接时，中间层材料与母材元素之间的互扩散更加剧烈。C/C复合材料间的扩散连接时可在母材表面涂覆、沉积Mn粉等金属粉末，一定温度下形成碳化物连接层，继续升温碳化物分解，分解出的金属元素蒸发从而生成连续的石墨连接层。硼和硼化物常被用于C/C复合材料的扩散焊，焊接时硼与碳能够完全反应形成B4C，获得的接头在高温环境下的剪切强度与C/C复合材料固有层间强度相当。

     王杰等人使用Ti-Ni-Si合金作为中间层真空扩散焊接C/C复合材料。试验证明最佳的焊接参数为加热温度1 150 ℃，加压30 MPa，保温45 min，在该参数下获得的焊接接头平均剪切强度达到23.58 MPa。结果表明在连接区域发生了元素的互扩散和化学反应，该区域化合物包括Ni4Si7Ti4，TiSi2， SiC和TiC等。在接头处有三种裂纹形式，这些裂纹容易在层间、界面和C/C复合材料基体上产生。对接头进行热疲劳试验发现接头的剪切强度在经过5次热循环之后急剧下降。分析由于Ti合金与C/C复合材料的热膨胀系数差距较大，因此在热循环下钎料母材膨胀程度不同产生位错，从而易于形成裂纹。

     自蔓延连接(Combustion Joining，简称CJ)也被用做C/C复合材料的连接方法。它将中间层粉末或多层夹层自蔓延高温合成反应产生的热量做为热源，是C/C复合材料的连接中一种节能的方法。此连接方法类似于压力焊，例如将基体与连接材料放置在两个铜电极之间通过加压加热使材料连接。该方法目前使用的夹层有Ti-C，Si-C，Ni+Ti/Ni+Al等 。

    Lin Ya-Cheng 等人通过自蔓延连接对C/C复合材料进行连接。中间层材料采用钛合金和Ni/Al粉末的混合物，连接方式如图1所示。在连接前将工件预热到630 K，连接初始压力为4 MPa，最终压力为20～40 MPa，应用的电流为200～400 A，持续时间5 s。经过热成像分析，在0.8～0.9 s的时候工件的温度达到最高，达1 500 K。焊后工件连接处产生了75～100 μm、无气孔但有大裂纹的连接层，该连接层由NiAl和TiC组成。更多碳碳复合材料信息可查看http://www.jasencc.com

     扩散连接是C/C复合材料间主要的焊接方式之一。C/C复合材料间的扩散连接与钎焊的不同点在于C/C复合材料间的扩散连接更注重于通过高温高压下的反应形成稳定的中间连接层，而钎焊工艺则注重通过改变钎料活性元素的含量、母材表面改性等措施提高钎料对母材的润湿性。

    C/C复合材料的扩散连接获得的连接接头高温性能稳定，但其通常采用高温高压环境下析出中间层杂质相的方式易在连接层界面产生缺陷。

    自蔓延连接这种新型的连接方式获得的焊接接头能满足一定的强度要求，但这种方式易面临焊后中间层裂纹的问题，该问题需在今后的研究中加以克服。