隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，對焊接質量及結構性能的要求越來越高，各種先進及特殊材料的焊接近年來不斷出現(xiàn)。先進材料極大地推動了科技進步和社會發(fā)展，在電子、能源、車輛制造、航空航天、核工業(yè)等部門得到了應用。先進材料焊接涉及面廣，其主要特點是高性能、高硬度、焊接難度大，引起人們的廣泛關注。以C/C復合材料為例，闡述了C/C復合材料特殊焊接的現(xiàn)狀和研究進展，對推動先進材料的焊接研究和發(fā)展具有一定意義。真空擴散焊接加工方法有哪些呢

C/C復合材料

復合材料是指由兩種或多種物理、化學性質不同的物質以一定方式、比例和分布方式合成的多相固體材料。復合材料應用的優(yōu)點在于其可設計性。結構功能一體化是復合材料的發(fā)展趨勢，過去30年復合材料在戰(zhàn)斗機上的應用持續(xù)增加，替代了相當一部分傳統(tǒng)結構材料，當復合材料占結構質量的20%至25%時，飛機機體減量效果大大增加。在運載火箭彈體、戰(zhàn)略導彈彈頭材料等結構中，復合材料的應用起著至關重要的作用。例如，美國、俄羅斯和中國最近開發(fā)的遠程洲際戰(zhàn)略導彈端蓋幾乎都使用碳/碳復合材料[8]。

碳/碳復合材料特別適用于遠程導彈和返回衛(wèi)星的尖端帽。其優(yōu)點是①耐高溫，密度小。洲際彈道導彈每減重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碳纖維復合材料在超高溫和肉類沖擊下，消融速度慢，燒結后形成牢固疏松的“海綿體”，不僅可以防止進一步消融，而且可以起到隔熱作用。真空擴散焊接加工方法有哪些呢

1、C/C復合材料的連接性分析

（1）C/C復合材料連接的主要問題。

C/C復合材料以其高比強度和優(yōu)異的高溫性能，成為航空航天領域極具吸引力的高溫結構材料，已成為飛機剎車片、飛機鼻錐和機翼前緣及渦輪發(fā)動機部件，如用于燃燒室和增壓器的噴嘴等由于C/C復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將C/C復合材料與其他材料連接使用具有重要意義，C/C復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復合材料原有的優(yōu)良性能不被破壞。

②獲得與C/C復合材料性能一致的接頭區(qū)域（或連接層）的方法

針對以上兩個問題，真空擴散焊和釬焊是最成功的連接技術，但由于C/C復合材料技術條件特殊，連接過程需要考慮C/C復合材料應用中的特殊要求，如作為航天結構材料，其主要要求是高比強度和高溫性能作為核聚變堆材料，除了熱力學性能外，還必須滿足特殊的低活化標準。C/C復合材料的連接特征僅以擴散連接為例進行說明。真空擴散焊接加工方法有哪些呢

（2）C/C復合材料的擴散連接。

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，擴散連接可使用石墨（C）、硼（B）、鈦（Ti）或TiSi2等的C/C復合材料。無論如何，通過中間層和C的界面反應形成碳化物或結晶，達到相互連接的目的。擴散焊接加熱過程中，首先通過固體擴散結合或液相與C/C復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。該連接器的結構除了（C/C復合材料）/石墨/（C/C復合材料）C以外沒有外來材料。但是，從實際結果來看，是因為接頭的強度性能不理想，接頭中的石墨晶片的強度不足。真空擴散焊接加工方法有哪些呢

為了提高石墨晶片的強度，以Mn為填充物生成石墨中間層擴散連接C/C復合材料可以獲得較好的效果，其關鍵在于：

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

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散連接C/C復合材料的填充金屬。

（3）擴散C/C復合材料連接強度的措施。

對于添加石墨中間層的C/C復合材料擴散焊接頭的強度低的問題，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）擴散連接到中間層，在2300~3000℃之間擴散連接。硼或碳化物等難熔融化合物作為結合C/C復合材料的中間層使用，可以提高接合部的高溫強度。真空擴散焊接加工方法有哪些呢

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