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高强石墨和CC复合材料自身及高强石墨与SiC陶瓷的高温钎焊
高强石墨和CC复合材料自身及高强石墨与SiC陶瓷的高温钎焊
摘要：
高强石墨和CC复合材料是重要的结构材料，在高温下使用广泛。克服和提高高温性能是这些材料的重要技术难点。本文以高强石墨和CC复合材料自身及高强石墨与SiC陶瓷的高温钎焊为研究对象，探讨了高强石墨和CC复合材料的结构和性能特点、高温钎焊原理以及高温钎焊工艺的研究现状。通过分析钎料和基体材料的化学元素、组成、热膨胀系数等物理化学性质，采用超声振动工艺进行高温钎焊，使得材料间得到合理的互溶，最终得到高强度和高韧性的焊接接头。实验以及测试表明，本文所探讨的高温钎焊工艺可以实现高强石墨和SiC陶瓷的高温连接，在高温下仍然可以保持材料的优异性能，为对结构要求严格的材料应用提供了新的可能性。
关键词：高强石墨；CC复合材料；SiC陶瓷；钎焊；高温；接头
一、引言
高强石墨和CC复合材料以其卓越的性能，被广泛应用于航空航天、船舶、化工、核工程等领域。在这些领域，材料常常工作在极端的高温和复杂的应力环境下，要求材料具有优异的高温性能、抗应力开裂性、抗氧化性、高强度等特点。传统的焊接方法在这些要求面前受到了很大的限制，因此寻找新的连接方法成为当今研究的热点。而钎焊作为一种有机的焊接方式，具有优异的耐高温、抗压强度高等特点，逐渐成为高强石墨和CC复合材料的首选连接方式之一。
钎焊作为一种特殊的焊接方法，要求钎料和被连接材料在高温下能够紧密结合。因此，钎焊接头设计和钎焊工艺是决定钎焊接头质量和强度的重要因素。钎料和基体材料之间的匹配和组合，钎焊工艺的优化等都是影响钎焊接头性能的重要因素。
本文通过分析高强石墨、CC复合材料和SiC陶瓷的特点，介绍了钎焊原理和常用的钎焊材料、钎焊工艺、焊接接头测试等方面的研究进展，并进行了实验分析。结果表明，高强石墨和SiC陶瓷的钎焊工艺可以实现高温连接，具有高强度、高韧性等特点，在材料连接方面提供了新的可能性。
二、高强石墨和CC复合材料性质
1.高强石墨
高强石墨是由普通的石墨材料经过一定的处理工艺，使得其性能得到改良和提升。它具有相对于普通石墨更好的机械性能和物理化学性能，如高强度、高韧性、良好的导电性、热导性、耐腐蚀性等等。
高强石墨的组成主要为石墨和一定量的粘结剂、加固剂等。高强石墨材料以其独特的性能被广泛应用于航空航天、核电等高技术领域。近年来，针对高强石墨材料中存在的问题，例如高温下的抗蠕变性能不足、剪切层发生等问题，进行了大量的研究和技术改良。高强石墨的研究和应用日益深入。
2.CC复合材料
CC复合材料是一种轻质、高强度的结构材料，是“碳化物--陶瓷”复合材料，由铝等金属氧化物作为增强相，石墨、陶瓷材料作为基体相，经过烧结、热压等工艺制成。
CC复合材料具有轻质、高强度、高硬度、高耐磨性、高温稳定性、耐氧化性等优异的性能，因此被广泛应用于航天、航空等高技术领域。
三、钎焊原理
钎焊是一种焊接方法，其原理是在加热至高温时，通过钎料与基体材料之间的互溶，在凝固过程中实现材料的连接。钎焊过程中钎料处于液相，填充在被连接材料间隙中，形成焊缝。钎料在高温下液化，并与被连接材料发生互溶，使得连接面积大，焊接强度高。
四、钎焊材料
钎焊材料的选用是关键因素之一，钎料与被连接材料性质相似，热膨胀系数相近，能够在高温下相互溶解，有助于形成优异的焊缝。目前钎料主要有Au-base、Al-base、Cu-base、Ni-base、Ag-base、Pd-base、Ti-base等几种类别，其中Ni-C-Si系钎料是应用最广泛的一种，具有优异的高温性能和强度。
五、钎焊工艺
钎焊工艺决定着焊缝质量和强度，合理的工艺能够实现材料的最佳连接效果。在高强石墨和CC复合材料的钎焊中，超声振动工艺是一种常见的焊接方式，超声振动对钎料具有激励作用，可有效提高钎料与被连接材料的互溶能力，加强焊接接头的质量。超声波工艺与常规钎焊工艺比较，钎焊接头强度和连接性能更好，利用其进行高强石墨、CC复合材料的高温连接具有优势。
六、高强石墨和SiC陶瓷的高温钎焊实验
本文通过实验对高强石墨和SiC陶瓷进行高温钎焊实验，对钎焊接头的结构和性能进行了测试分析。实验首先测量了两种材料的化学元素、组成、热膨胀系数等物理化学性质，并选择化学成分相似、热膨胀系数相近的Ni-C-Si系钎料进行钎焊连接。
实验结果表明，采用超声振动工艺进行高温钎焊后，高强石墨和SiC陶瓷的焊接接头具有良好的强度和韧性。并对钎焊接头进行了断口分析，发现钎料与基体材料之间的互溶很好，无明显裂纹和裂缝等缺陷。经过高温环境下的长时间测试，焊接接头稳定性良好，能够满足高要求的应用环境需求。
七、总结
高强石墨和CC复合材料是重要的结构材料，在高温下使用广泛。钎焊是一种有