一种碳化硅复合材料/高温合金的连接件及其连接方法与应用

本发明属于陶瓷与高温金属连接，更具体地，涉及一种碳化硅复合材料/高温合金的连接件及其连接方法与应用。

背景技术：

1、cf/sic、sic/sic等碳化硅复合材料具有高温力学强度、高硬度、高弹性模量、高耐磨性、高导热性、耐腐蚀性等优点，可应用于航空航天发动机、核能以及军工等多个领域。然而，高硬度和固有脆性使得碳化硅复合材料难以制造成为复杂构件，制约着使用。目前，高温合金具有可塑性好、高温强度高等优势，被广泛应用于航空航天部件或者涡轮叶片方面。然而，与碳化硅复合材料比较，高温合金在极端环境下的工作强度会有所下降，而且会具有一定的氧化性，因此在极端环境下的高温合金可能会出现变形以及断裂，造成事故。因此，实现cf/sic、sic/sic等碳化硅复合材料与高温合金的可靠连接，有利于提高复合材料结构的工作温度，进一步扩大其在各种高温结构元件中的应用，对于促进航天工业和涡轮叶片产业的发展具有重要意义。因此，迫切需要开发一种连接方法可以实现碳化硅复合材料和高温合金的连接，提高复合材料结构的工作温度。将高温合金和碳化硅复合材料的优势耦合，得到一种具有复杂形状、耐高温、抗氧化和高强度的碳化硅复合材料-高温合金的连接件。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的缺点和不足之处，本发明首要目的在于提供一种碳化硅复合材料和高温合金的连接方法，该方法通过高熵合金可实现碳化硅复合材料与高温合金的连接。

2、本发明的另一目的在于提供上述方法制得的碳化硅复合材料和高温合金的连接件。该连接件具有复杂形状、耐高温、抗氧化和高强度。

3、本发明的再一目的在于提供上述碳化硅复合材料和高温合金的连接件的应用。

4、本发明的目的通过下述技术方案来实现：

5、一种碳化硅复合材料/高温合金的的连接件连接方法，包括如下具体步骤：

6、s1.将金属粉末为nb、cu、fe、ti、ni、co、al、w、mg中的五种以上混合，加入溶剂和球磨介质经混料，干燥后得到高熵合金连接粉体；

7、s2.将高熵合金连接粉体和溶剂经搅拌混合得到连接浆料，将连接浆料涂覆在碳化硅复合材料和高温合金的待连接表面，然后在惰性气氛或真空环境中，在1300～1600℃，压力为1～10mpa保温10～60min的条件下进行连接，制得碳化硅复合材料/高温合金的连接件。

8、优选地，步骤s1中所述金属粉末中各金属为等质量，所述金属粉末的纯度均为95～99.999％；所述金属粉末的粒径均为1～10μm。

9、优选地，步骤s1中所述的磨球介质为al2o3、sic、si3n4或zro2，所述的溶剂为无水乙醇或丙酮，所述的金属粉末、溶剂和球磨介质的质量为1:(2～5):(10～20)。

10、优选地，步骤s2中所述的碳化硅复合材料为sic-sic、sicf-sic、c-sic或cf-sic；所述的高温合金为铁基高温合金、镍基高温合金或钴基高温合金。

11、优选地，步骤s2中所述的连接的方式为放电等离子烧结、感应加热或激光烧结；所述惰性气氛为流动的氮气或氩气，所述的真空环境的真空度为10-3～10-5pa。

12、更为优选地，所述放电等离子烧结的升温速率为50～200℃/min，所述感应加热的升温速率为100～500℃/min，所述激光烧结的升温速率为300～800℃/min。

13、一种碳化硅复合材料/高温合金的连接件，所述的连接件是由所述的方法制备得到。

14、优选地，所述连接件中连接层的厚度为5～20μm，在室温下的剪切强度为150～200mpa，在1200～1500℃下的剪切强度为70～150mpa。

15、所述的碳化硅复合材料/高温合金的连接件在涡轮叶片或航空航天发动机器件封装或火箭推进室连接领域中的应用。

16、本发明通过将金属粉体nb、cu、fe、ti、ni、co、al、w、mg中的五种以上的粉体按比例混合制成高熵合金粉体，并且将高熵合金粉体涂覆在碳化硅复合材料和高温合金的连接表面，放入加热设备中进行连接，得到碳化硅复合材料和高温合金的连接件。由于高熵合金具有抗氧化、耐磨性、耐高温以及高强度的特性。用高熵合金作为连接层，可提高工件的工作温度，并且高熵合金的γ相或者γ’相可在保证高强度的同时保持塑性，显著提高碳化硅复合材料-高温合金连接件的强度。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、1.本发明采用高熵合金将碳化硅复合材料进行连接，高熵合金作为连接层，可提高工件的工作温度以及工作强度，所得连接件具有良好的耐高温、耐腐蚀和抗氧化性能。

19、2.本发明采用的高熵合金在高温下，其内部元素扩散缓慢，可保证连接层的稳定性。

技术特征：

1.一种碳化硅复合材料/高温合金的连接件的连接方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的碳化硅复合材料/高温合金的连接件的连接方法，其特征在于，步骤s1中所述金属粉末中各金属为等质量；所述金属粉末的纯度均为95～99.999％；所述金属粉末的粒径均为1～10μm。

3.根据权利要求1所述的碳化硅复合材料/高温合金的连接件的连接方法，其特征在于，步骤s1中所述的磨球介质为al2o3、sic、si3n4或zro2，所述的溶剂为无水乙醇或丙酮，所述的金属粉末、溶剂和球磨介质的质量为1:(2～5):(10～20)。

4.根据权利要求1所述的碳化硅复合材料/高温合金的连接件的连接方法，其特征在于，步骤s2中所述的溶剂为纯水或无水乙醇，所述的连接粉体和溶剂的质量比为1:(3～6)。

5.根据权利要求1所述的碳化硅复合材料/高温合金的连接件的连接方法，其特征在于，步骤s2中所述的碳化硅复合材料为sic-sic、sicf-sic、c-sic或cf-sic；所述的高温合金为铁基高温合金、镍基高温合金或钴基高温合金。

6.根据权利要求1所述的碳化硅复合材料/高温合金的连接件的连接方法，其特征在于，步骤s2中所述的连接的方式为放电等离子烧结、感应加热或激光烧结；所述惰性气氛为流动的氮气或氩气，所述的真空环境的真空度为10-3～10-5pa。

7.根据权利要求6所述的碳化硅复合材料/高温合金的连接件的连接方法，其特征在于，所述放电等离子烧结的升温速率为50～200℃/min，所述感应加热的升温速率为100～500℃/min，所述激光烧结的升温速率为300～800℃/min。

8.一种碳化硅复合材料/高温合金的连接件，其特征在于，所述的连接件是由权利要求1-7任一项所述的方法制备得到。

9.根据权利要求8所述的碳化硅复合材料/高温合金的连接件，其特征在于，所述连接件中连接层的厚度为5～20μm，在室温下的剪切强度为150～200mpa，在1200～1500℃下的剪切强度为70～150mpa。

10.权利要求8或9所述的碳化硅复合材料/高温合金的连接件在涡轮叶片或航空航天发动机器件封装或火箭推进室连接领域中的应用。

技术总结
本发明属于陶瓷与合金连接技术领域，公开了一种碳化硅复合材料/高温合金的连接件及其连接方法与应用。该方法是以高熵合金粉体作为连接材料，将连接材料置于碳化硅复合材料和高温合金的连接表面制得预制连接件，将预制连接件在惰性气氛或真空环境中升温至1300～1600℃、压力为1～10MPa下进行连接，得到碳化硅复合材料和高温合金的连接件。该连接件中连接层的厚度为5～20μm，在室温下的剪切强度为150～200MPa，在1200～1500℃下的剪切强度为70～150MPa。该连接件具有耐高温、抗氧化和耐腐蚀，可用于涡轮叶片、航空发动机或火箭推进室连接领域。

技术研发人员：苏灵峰,郭伟明,何盛金,詹创添,陈秀冰,林华泰
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12