陶瓷基復(fù)合材料的連接

1、先進(jìn)材料連接作業(yè)：陶瓷基復(fù)合材料的連接姓名： 學(xué)號(hào)： 專業(yè)：摘要：陶瓷基復(fù)合材料具有抗熱震沖擊、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化和抗燒蝕低膨脹、低密度、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使其成為備受關(guān)注的新型耐高溫結(jié)構(gòu)材料。陶瓷基復(fù)合材料的連接不僅具有陶瓷材料連接的難點(diǎn)、異種材料連接的問題、加強(qiáng)相與基體的不利反應(yīng)及加強(qiáng)相的氧化與性能的降低，還具有陶瓷基復(fù)合材料承壓能力差的缺點(diǎn)。因此陶瓷基復(fù)合材料的連接成為一個(gè)研究的熱點(diǎn)。1.陶瓷基復(fù)合材料及其應(yīng)用陶瓷復(fù)合材料雖然具有高溫強(qiáng)度高、抗氧化、抗高溫蠕變等耐高溫性能和高硬度、高耐磨性、線膨脹系數(shù)小及耐化學(xué)腐蝕等一系列優(yōu)越的性能特點(diǎn)，但也存在致命的弱點(diǎn)，即脆性，它不能承受

2、激烈的機(jī)械沖擊和熱沖擊，這限制了它的應(yīng)用。而用粒子、晶須或纖維增韌的陶瓷基復(fù)合材料，則可使其脆性大大改善。陶瓷基復(fù)合材料（CMC）是目前備受重視的新型耐高溫結(jié)構(gòu)材料。1，2，3陶瓷雖然具有作為發(fā)動(dòng)機(jī)熱端結(jié)構(gòu)材料的十分明顯的優(yōu)點(diǎn)，但其本質(zhì)上的脆性卻極大地限制了它的推廣應(yīng)用。增韌的思路經(jīng)歷了從消除缺陷或減少缺陷尺寸、減少缺陷數(shù)量，發(fā)展到制備能夠容忍缺陷，即對(duì)缺陷不敏感的材料。目前常見的幾種增韌方式主要有相變?cè)鲰g、顆粒( 晶片) 彌散增韌、晶須( 短切纖維) 復(fù)合增韌以及連續(xù)纖維增韌補(bǔ)強(qiáng)等。此外還可通過材料結(jié)構(gòu)的改變來達(dá)到增韌的目的，如自增韌結(jié)構(gòu)、仿生疊層結(jié)構(gòu)以及梯度功能材料等。目前陶瓷基復(fù)合材料分

3、為：非連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料、連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料、層狀陶瓷基復(fù)合材料。1.1非連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料相變?cè)鲰g可以大幅度地提高陶瓷材料的常溫韌性和強(qiáng)度，但因在高溫下相變?cè)鲰g機(jī)制失效而限制了其在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。顆粒彌散及晶須復(fù)合增韌CMC 制備工藝較簡單，可明顯提高陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性。將顆粒、晶須等增強(qiáng)物加入到基體材料中，由于兩者彈性模量和熱膨脹系數(shù)的差異而在界面形成應(yīng)力區(qū)，這種應(yīng)力區(qū)與外加應(yīng)力發(fā)生相互作用，使擴(kuò)展裂紋產(chǎn)生釘扎、偏轉(zhuǎn)、分叉或以其它形式( 如相變) 吸收能量，從而提高了材料的斷裂抗力。對(duì)于高溫下使用的顆粒彌散及晶須復(fù)合增韌陶瓷基復(fù)合材料，就基體而言，綜合考慮

4、高溫強(qiáng)度、抗熱震性、比重、抗蠕變性、抗氧化性等，首選材料仍是Si3N4 和SiC。在高溫下它們的表面會(huì)形成氧化硅保護(hù)層，能滿足1600以下高溫抗氧化的要求。通過在基體材料中加入合適的增強(qiáng)物及選擇適當(dāng)?shù)牟牧辖Y(jié)構(gòu)，可大幅度提高陶瓷材料的強(qiáng)度和韌性。41.2連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料( CFCC) 具有較高的韌性，當(dāng)受外力沖擊時(shí)， 能夠產(chǎn)生非失效性破壞形式，可靠性高，是提高陶瓷材料性能最有效的方法之一。CFCC 的研究始于1973 年S1R1Levitt 制成的高強(qiáng)度碳纖維增強(qiáng)玻璃基復(fù)合材料。5 70年代中期，日本碳公司(Nippon Carbon Co.) 高性能SiC連

5、續(xù)纖維Nicalon的研制成功，使制造純陶瓷質(zhì)CFCC 成為可能。80年代中期，E1Fitzer6等用化學(xué)氣相沉積法制備出高性能的Nicalon 纖維增強(qiáng)SiC基陶瓷復(fù)合材料，有力地推動(dòng)CFCC的發(fā)展。十幾年來，世界各國尤其是美國、日本、歐共體等都對(duì)CFCC 的制備工藝及增韌機(jī)理進(jìn)行了大量的研究，取得了一些重要成果，少數(shù)材料已達(dá)到實(shí)用化水平。從目前來看， 解決纖維問題的途徑主要有2條；一是提高SiC 纖維的純度， 降低纖維中的氧含量。二是發(fā)展高性能的氧化物單晶纖維。氧化物連續(xù)纖維出現(xiàn)較晚，且一般為多晶纖維，高溫下纖維會(huì)發(fā)生再結(jié)晶，使其性能下降，而單晶纖維則可避免這一問題。例如目前藍(lán)寶石單晶纖維

6、使用溫度可達(dá)1500，使材料的高溫性能有了很大提高。7隨著能承受更高溫度的氧化物單晶纖維的出現(xiàn)，高溫結(jié)構(gòu)陶瓷基復(fù)合材料的研究必將有所突破。連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料雖然在力學(xué)性能上具有一定優(yōu)勢(shì)，但是連續(xù)纖維的生產(chǎn)、排布和編織等工藝復(fù)雜，復(fù)合材料的成型和燒結(jié)致密化都很困難，復(fù)合材料強(qiáng)度較低，成本高昂。同時(shí)，高性能的耐高溫陶瓷纖維問題至今尚未完全解決，這都極大地限制了它的推廣應(yīng)用。1.3層狀陶瓷基復(fù)合材料近年來，人們模擬自然界貝殼的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出一種仿生結(jié)構(gòu)材料層狀陶瓷復(fù)合材料，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使陶瓷材料克服了單體時(shí)的脆性，在保持高強(qiáng)度、抗氧化的同時(shí)，大幅度提高了材料的韌性和可靠性，因而可應(yīng)用于安全系數(shù)

7、要求較高的領(lǐng)域，為陶瓷材料的實(shí)用化帶來了新的希望。層狀陶瓷復(fù)合材料的基體層為高性能的陶瓷片層, 界面層可以是非致密陶瓷、石墨或延性金屬等。與非層狀的基體材料相比，層狀陶瓷復(fù)合材料的斷裂韌性與斷裂功可以產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。層狀復(fù)合不僅可有效改善陶瓷材料的韌性，而且其制備工藝具有操作簡單、易于推廣、周期短而廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，尤其適合于制備薄壁類陶瓷部件。同時(shí)，這種層狀結(jié)構(gòu)還能夠與其它增韌機(jī)制相結(jié)合，形成不同尺度多級(jí)增韌機(jī)制協(xié)同作用，立足于簡單成分多重結(jié)構(gòu)復(fù)合，從本質(zhì)上突破了復(fù)雜成分簡單復(fù)合的舊思路。81.4陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用（一）航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用Cf / SiC復(fù)合材料在高溫下有足夠的強(qiáng)度，且有良好

8、的抗氧化能力和抗熱震性，非常適合作為高溫結(jié)構(gòu)材料。使用Cf / SiC 復(fù)合材料不僅能減輕質(zhì)量、延長使用壽命，同時(shí)具有很低的操作損耗。NASA Lewis 研究中心制備的Cf / SiC 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒環(huán)境及相應(yīng)熱機(jī)械載荷作用下其材料的耐熱和力學(xué)疲勞性能良好，耐高含氫氣體環(huán)境性能優(yōu)越。因此Cf/ SiC 復(fù)合材料目前被廣泛應(yīng)用于軍事和商業(yè)運(yùn)載器，包括應(yīng)用在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的消耗管道、渦輪泵旋轉(zhuǎn)體、噴管等。歐洲一些研究機(jī)構(gòu)也研制了Cf/ SiC 復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)噴管和燃燒室部件。9（二）熱保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用在航天領(lǐng)域，當(dāng)飛行器進(jìn)入大氣層后，由于摩擦產(chǎn)生的大量熱量，將導(dǎo)致飛行器受到嚴(yán)重的燒蝕，為了減小飛行器

9、的這種燒蝕，需要一個(gè)有效的防熱體系。在熱結(jié)構(gòu)材料的構(gòu)件中包括航天飛機(jī)和導(dǎo)彈的鼻錐、導(dǎo)翼，機(jī)翼和蓋板等 。Cf / SiC復(fù)合材料是制作抗燒蝕表面隔熱板的較佳候選材料之一，它具有質(zhì)輕耐用的特點(diǎn)。目前，歐洲正集中研究載人飛船及可重復(fù)使用的飛行器的可簡單裝配的熱結(jié)構(gòu)及熱保護(hù)材料，其中Cf / SiC復(fù)合材料是一種重要材料體系，并已達(dá)到很高的生產(chǎn)水平。在美國，用Cf / SiC復(fù)合材料制備的T PS 可用于航天操作工具和航天演習(xí)工具，AlliedSignal 復(fù)合材料公司生產(chǎn)的Cf / SiC材料在高溫環(huán)境測試中顯示出優(yōu)異的性能。波音公司通過測試熱保護(hù)系統(tǒng)大平板隔熱裝置，也證實(shí)了Cf / SiC復(fù)合材

10、料具有優(yōu)異的熱機(jī)械疲勞特性。10（三）高溫連接件的應(yīng)用主要應(yīng)用于連接固定熱的外表面和航空框架結(jié)構(gòu)中冷的襯墊，及用作密封裝置。未來的空間運(yùn)輸系統(tǒng)和超音速的航天飛機(jī)中均要求熱保護(hù)系統(tǒng)和裝置能夠耐高熱的機(jī)械和空氣動(dòng)力載荷，大多數(shù)結(jié)構(gòu)和元件需要固定系統(tǒng)，Cf / SiC 復(fù)合材料高溫連接件能夠滿足熱性能和力學(xué)性能的要求，這些材料將由CVI 法制得, 能夠在- 1001800范圍內(nèi)使用，拉伸強(qiáng)度大于230MPa。目前可生產(chǎn)的連接件尺寸在812mm 范圍內(nèi)，在連接件上涂上一層抗氧化涂層可使它適用于氧化氣氛中。由于金屬材料的熱性能和化學(xué)性能不穩(wěn)定, 及單相陶瓷太脆的缺點(diǎn),因此Cf / SiC 復(fù)合材料的應(yīng)用

11、成為必然。Cf / SiC 陶瓷材料已經(jīng)被制成螺釘和其他連接件。（四）光學(xué)和光機(jī)械結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用Cf / SiC復(fù)合材料除了具有優(yōu)良的高溫性能，而且在惡劣環(huán)境下工作的超輕光學(xué)系統(tǒng)中，其光學(xué)和光機(jī)械結(jié)構(gòu)同樣具有重要的應(yīng)用前景。Cf / SiC 復(fù)合材料是一種輕質(zhì)高強(qiáng)的工程材料，它有著可調(diào)的力學(xué)和熱學(xué)性能，與傳統(tǒng)的粉末基體陶瓷相比，由于其韌性的提高和可忽略的體積收縮，設(shè)計(jì)非常自由。到目前為止，Cf / SiC已經(jīng)用于制造超輕反射鏡、微波屏蔽反射鏡等光學(xué)結(jié)構(gòu)部件。另外, 由于Cf / SiC 具有優(yōu)異的力學(xué)性能，同時(shí)它的高熱導(dǎo)性與其合適的熱膨脹系數(shù)結(jié)合較好，因此其熱穩(wěn)定性也比其他反射鏡基座材料優(yōu)越，被

12、廣泛應(yīng)用于光學(xué)系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)材料及反射鏡支撐體系，如反射鏡底座。（五）在剎車系統(tǒng)中的應(yīng)用Cf / SiC復(fù)合材料由于其低密度、高強(qiáng)度以及良好的耐磨性等性能也被逐漸用于高速飛行器和高速汽車、火車上的剎車系統(tǒng)。國外一些航天中心和設(shè)計(jì)研究機(jī)構(gòu)采用液態(tài)硅浸滲的方法制備的Cf / SiC復(fù)合材料正考慮用于制造汽車的剎車片。在這種剎車盤中，剎車片表面之間具有冷卻通道，這種結(jié)構(gòu)可以改善剎車盤的散熱性，大幅度提高剎車系統(tǒng)的壽命。此通過應(yīng)用Cf / SiC復(fù)合材料剎車片，剎車片的質(zhì)量小于以前使用的鋼剎車片質(zhì)量的50%，剎車系統(tǒng)中其他組件的質(zhì)量同樣能夠減輕50% 左右，這樣不但能夠大幅度減少費(fèi)用，同時(shí)也能明顯提高剎

13、車系統(tǒng)的功能，因此Cf / SiC復(fù)合材料應(yīng)用在剎車系統(tǒng)是一個(gè)潛在的大市場。2.陶瓷基復(fù)合材料的連接問題和連接方法2.1陶瓷基復(fù)合材料的連接問題陶瓷基復(fù)合材料的連接不僅具有連接陶瓷材料的難點(diǎn)，如高熔點(diǎn)及有些陶瓷的高溫分解使熔焊困難、多數(shù)陶瓷的電絕緣性使之不能用電弧或電阻焊進(jìn)行焊接、陶瓷固有脆性使其無法承受高壓力的方法進(jìn)行連接、陶瓷材料的化學(xué)惰性使其不易潤濕而造成釬焊困難等等，還應(yīng)注意連接異種材料時(shí)的問題，如選擇連接方法與材料時(shí)要同時(shí)考慮基體材料與加強(qiáng)材料的適應(yīng)性。另外在連接陶瓷基復(fù)合材料時(shí)還應(yīng)考慮避免加強(qiáng)相纖維的氧化與性能的下降等。因此連接時(shí)間和連接溫度一般不能太長太高。除此之外，由于纖維增強(qiáng)

14、的陶瓷基復(fù)合材料的耐壓性能較差，因而連接時(shí)不能施加較大的壓力。112.2陶瓷基復(fù)合材料的連接方法常用的連接方法大致可分為三類: 粘接、機(jī)械連接、焊接。粘接的界面為物理及化學(xué)作用，接頭強(qiáng)度低，使用溫度也較低, 一般低于200。機(jī)械連接界面是機(jī)械力作用，接頭無氣密性，易產(chǎn)生應(yīng)力集中。考慮到CMCS 復(fù)雜的受力條件, 較高的使用溫度及可靠性因素時(shí)，焊接的方法較為適用。由于CMCS 連接的難點(diǎn): 基體熔點(diǎn)高，不能使用熔焊，耐壓能力差,不能使用大的壓力進(jìn)行固相擴(kuò)散連接。復(fù)合材料的化學(xué)惰性使之不易潤濕而造成釬焊的困難，連接材料對(duì)復(fù)合材料的適用性，避免增強(qiáng)相和基體之間不利的化學(xué)反應(yīng)而造成CMCS性能的下降。

15、考慮到以上的問題，因此目前常用的焊接方法有: 釬焊、無壓固相反應(yīng)連接、ARCJIONT、聚合物分解連接及在線液相滲透連接。(一) 粘接粘接是在粘接劑的作用下，使類似的材料或不同材料界面、內(nèi)部緊密連接的技術(shù)。粘接具有固化速度快，使用溫度范圍寬，抗老化性能好等特點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用在飛機(jī)的應(yīng)急修理，炮彈導(dǎo)彈輔助件連接，修復(fù)渦輪，修復(fù)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子等方面。粘接劑主要是一些環(huán)氧樹脂類、改性酚醛類、有機(jī)硅等，形成的接頭一般只有在使用溫度較低，一般低于200，且大多用于靜載荷和超低靜載荷零件。(二) 機(jī)械連接機(jī)械連接可分為兩種，一種是傳統(tǒng)意義上的用緊固件如銷釘、螺釘、鉚釘和螺栓等進(jìn)行結(jié)合的連接。這種方法連接CMCS

16、 的參數(shù)有: 纖維類型與制備方法；纖維的走向；結(jié)構(gòu)形式；纖維的體積分?jǐn)?shù)；緊固件材料等。其優(yōu)點(diǎn)是: 易于質(zhì)量控制，安全可靠，強(qiáng)度分散性小；抗剝離能力強(qiáng)，能傳遞大載荷；便于裝卸。但它也存在許多缺點(diǎn)：連接結(jié)構(gòu)一般采用間隙配合，不用干涉配合；制孔和安裝過程中易使孔產(chǎn)生分層、掉渣等缺陷，影響連接強(qiáng)度；各向異性顯著；應(yīng)力集中高；對(duì)碳纖維復(fù)合材料，為防止電偶腐蝕，一般用與之電位接近的鈦、鈦合金、耐蝕不銹鋼、蒙乃爾合金等金屬材料的緊固件；而且緊固件的使用增加了整個(gè)構(gòu)件的重量。另一種是成型連接方法。這種方法可以在制備兩個(gè)待連接構(gòu)件時(shí)進(jìn)行接頭的設(shè)計(jì)，使之在制備后自動(dòng)完成連接。在機(jī)械連接中，載荷的傳遞是依靠連接件進(jìn)

17、行的。由于機(jī)械連接需要增加構(gòu)件的重量，對(duì)連接件的形狀有較高要求，而這正是陶瓷基復(fù)合材料較難做到的一點(diǎn)。因此，機(jī)械連接在陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用還很少。12(三) 焊接焊接一般是指界面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的連接，其優(yōu)點(diǎn)是連接強(qiáng)度高，使用溫度高, 構(gòu)件精度高；它的缺點(diǎn)是由于焊接溫度高，熱物理失配引起的界面應(yīng)力也高。對(duì)于CMCS 來說，由于有多種材料的存在，CMCS與其他的材料在高溫連接時(shí), 界面附近易出現(xiàn)復(fù)雜的殘余應(yīng)力，這不僅容易引起陶瓷基體力學(xué)性能的下降，而且還可能降低纖維和基體間的結(jié)合，使纖維和基體之間發(fā)生破壞；而且由于纖維增強(qiáng)的CMCS 表現(xiàn)出各向異性，因此釬焊面和纖維布面之間的關(guān)系也會(huì)影響接頭的強(qiáng)度，

18、當(dāng)纖維和釬焊面垂直時(shí), 接頭的強(qiáng)度一般較高, 這和殘余應(yīng)力有關(guān)。但是考慮到構(gòu)件的使用溫度,氣密性,承載能力和可靠性等因素一般認(rèn)為焊接是連接復(fù)合材料較為合適的一種方法。幾種有效的連接CMCS的焊接方法有: 釬焊、局部過渡液相連接、無壓固相反應(yīng)連接、聚合物分解連接、ARC Joint 和在線液相滲透連接。 釬焊釬焊是利用釬料在高溫下熔化，其中的活性組元和復(fù)合材料發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的反應(yīng)梯度層，從而將兩種材料連接到一起。CMCS的化學(xué)惰性使之不易潤濕，因此可以采用以下兩種方法進(jìn)行釬焊；一是用活性釬料直接進(jìn)行連接。二是先對(duì)復(fù)合材料待連接面采用熱噴涂、PVD 沉積金屬層、CVD 法, 及離子注入等方法進(jìn)

19、行金屬化處理后, 再用一般釬料進(jìn)行連接。釬焊結(jié)合的主要機(jī)制是：釬料在界面處可以產(chǎn)生機(jī)械和化學(xué)的結(jié)合，機(jī)械結(jié)合可以認(rèn)為是釬料質(zhì)粒嵌入或滲入復(fù)合材料表層的微孔區(qū)，而化學(xué)結(jié)合強(qiáng)度歸結(jié)于釬料和基體間的物質(zhì)轉(zhuǎn)移和反應(yīng)。在釬焊中, 釬料的選擇在連接后接頭的性能方面起了關(guān)鍵的作用。為了提高接頭的強(qiáng)度, 釬料的選擇要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮:(1)釬料和連接母材材料的潤濕性問題。由于連續(xù)纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料很難被潤濕，大多數(shù)的釬料在接頭上往往只形成球珠，很少或根本不產(chǎn)生潤濕，這就導(dǎo)致了接頭強(qiáng)度較低。針對(duì)這種情況，可以選擇在釬料中添加表面活性元素Si，Mg，Ti等。(2)由于陶瓷基復(fù)合材料釬焊時(shí)存在釬料/ 基體

20、，釬料/ 加強(qiáng)相，基體/ 加強(qiáng)相三種界面。因此在選擇釬料時(shí)要注意釬料對(duì)基體和加強(qiáng)相的共同作用。(3)釬料和復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的差異,產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，導(dǎo)致接頭在使用過程中開裂，因此要考慮在中間層中加入塑性材料或線膨脹系數(shù)和復(fù)合材料相合適的材料作為緩沖層( Cu，Ti 作為軟緩沖層；W， Mo作為硬緩沖層；釬料中加入C 纖維以降低釬料的線膨脹系數(shù))。13局部過渡液相連接(PTLPB)PTLPB 是為了解決活性釬焊、固相擴(kuò)散焊中的問題，即：低溫連接時(shí)使用溫度低,高溫連接時(shí)熱應(yīng)力大而使材料的性能受到損害。PTLPB 使用復(fù)合層中間層( 如B-A-B的形式，其中A厚度遠(yuǎn)大于B厚度)，在連接溫度下形成液相

21、，隨著連接時(shí)間的延長，過渡液相被高熔點(diǎn)金屬層消耗，同時(shí)過渡液相和母材發(fā)生反應(yīng)的一種連接方法。一般認(rèn)為它可以分為下四個(gè)階段：(1)中間層的熔化和擴(kuò)大，此過程速度取決于液相擴(kuò)散。(2)液相的繼續(xù)擴(kuò)大，同時(shí)成分均勻化并達(dá)到液相線，液相的寬度可以由相圖計(jì)算，這一階段既有液相擴(kuò)散又有固相擴(kuò)散，而且以固相擴(kuò)散為主。(3)液相凝固階段。由固相擴(kuò)散控制, 凝固時(shí)間取決于液相的寬度和互擴(kuò)散系數(shù)。(4)固相均勻化階段。中間層的設(shè)計(jì)在連接中有很大的作用, 主要從以下幾個(gè)方面考慮：(1)熔化的B 或AB 的界面產(chǎn)物可以和陶瓷連接。(2)高熔點(diǎn)的中間層能夠消耗低熔點(diǎn)層, 形成合適的高熔點(diǎn)合金。(3)A是高熔點(diǎn)元素且線膨

22、脹系數(shù)和復(fù)合材料相似。這種連接方法較固相擴(kuò)散焊，連接溫度更低；不需要使用更大的壓力，避免了復(fù)合材料性能的降低；另外由于液相的存在，被連接件的表面質(zhì)量不要求太高。和釬焊相比，使用溫度可以大幅度的提高。在這種方法中，由于中間層是由多種金屬構(gòu)成的，因此不僅要考慮中間層對(duì)復(fù)合材料的適用性，還要考慮各層金屬之間的作用，防止生成脆性金屬相降低了接頭的性能。無壓固相反應(yīng)連接無壓固相反應(yīng)連接是在大氣(或Ar或真空中)加熱至金屬釬料熔點(diǎn)90%,僅施加使接觸面產(chǎn)生接觸的壓力,使復(fù)合材料和金屬釬料直接反應(yīng)的一種連接方法。為獲得熱核反應(yīng)的高溫接頭,用高熔點(diǎn)活性元素Zr、T i作為連接材料。由于CMCS材料耐壓性能差，

23、所以連接過程中不能施加太大的壓力進(jìn)行連接，主要是利用Zr和Ti固態(tài)下和C，SiC反應(yīng)，形成Zr和Ti的碳化物與硅化物。14由于CMCS的抗壓能力差，使用較大的壓力會(huì)使CMCS的纖維發(fā)生破壞, 因此這種連接方法最大的優(yōu)點(diǎn)在于避免了母材的損壞，而且可以形成致密的接頭，但接頭的力學(xué)性能很差, 基本上不能承受載荷。因此Zr和Ti無壓固相反應(yīng)連接可以用來連接CMCS, 形成不承受載荷，但可以耐高溫的致密接頭。利用聚合物分解進(jìn)行連接聚合物分解連接CMCS是通過陶瓷先驅(qū)體聚合物在高溫下分解轉(zhuǎn)化為陶瓷進(jìn)而實(shí)現(xiàn)連接的一種方法。但是由于聚合物在高溫分解的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的氣孔, 這將會(huì)大大的降低接頭的強(qiáng)度。為此,

24、可以通過在聚合物中添加活性或惰性填充物、纖維；在分解過程中施壓；以及增加滲透和分解次數(shù)來改善這一情況。聚合物分解進(jìn)行連接的這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于接頭與待連接復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)相匹配，連接后不會(huì)產(chǎn)生過大的殘余應(yīng)力，在聚合物的高溫分解過程中不需要施加很大的壓力。但這種連接方法的不足之處在于聚合物的分解會(huì)導(dǎo)致接頭處產(chǎn)生大量的氣孔，這將會(huì)大大的降低接頭的強(qiáng)度，因此使用這種連接方法形成的接頭可靠性不高。ARCJointARCJoinT 是一種反應(yīng)成形連接方法。該工藝首先把碳質(zhì)混合物放置到接點(diǎn)區(qū)域，并用夾具固定，在100120溫度下熱處理1020 min，然后將Si和Si合金以漿料的形式涂到接點(diǎn)周圍，然后根

25、據(jù)漿料的類型，在12501450間對(duì)其保溫1015min，融熔狀態(tài)的Si 或Si 合金與C 發(fā)生反應(yīng)，形成可控硅含量的SiC。在這個(gè)方法中, 可以根據(jù)冶金成分決定其它相成分, 接頭的厚度也可以通過調(diào)節(jié)碳質(zhì)漿料的成分和夾緊力大小來控制。由ARCJoinT 方法連接后的連接件在高溫下可以保持其結(jié)構(gòu)的完整性, 具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和耐環(huán)境穩(wěn)定性。它也可以連接大尺寸部件和形狀復(fù)雜部件, 可滿足接頭厚度要求和成份要求, 可以修復(fù)材料部件所存在的缺陷。但是由于接頭產(chǎn)物是SiC, 因此接頭較脆, 強(qiáng)度較低。在線液相滲透連接它是在CMCS 制備過程中控制其孔隙率，采用一種滿足高溫使用需求并具有一定耐蝕性的Ni

26、基合金作為連接劑，在一定的溫度及壓力下使得連接劑熔化并滲入復(fù)合材料的孔隙中，形成的樹根狀咬合結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)連接。連接完后再對(duì)材料進(jìn)行氣相沉積以完成材料的制備，這一步氣相沉積過程還可以為復(fù)合材料連接提供防氧化涂層。由于這種連接方法是在復(fù)合材料的制備過程中完成連接, 連接完成時(shí)材料并沒有制備完成，因而這是一種在線的連接方式。它具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)在線連接。在線液相滲透連接方法在復(fù)合材料的制備過程中完成的，使連接過程對(duì)材料的損傷作用降低到最小。而且后期的化學(xué)氣相沉積過程不僅完成材料的制備，同時(shí)可以為整個(gè)連接構(gòu)件提供防氧化涂層，真正體現(xiàn)了連接制備加工一體化。(2)物理結(jié)合能力強(qiáng)。在線液相滲透連接方法中

27、，連接劑在復(fù)合材料內(nèi)的滲透大幅度增加了連接劑與復(fù)合材料的接觸面，并形成了機(jī)械的咬合結(jié)構(gòu)，大幅度增加了連接強(qiáng)度，同時(shí)提高了連接可靠性。(3)產(chǎn)生良好的梯度層，緩解熱應(yīng)力。在線液相滲透連接方法由于大量連接劑滲入復(fù)合材料，滲入的連接劑在復(fù)合材料內(nèi)部形成一個(gè)的良好梯度層，使得在得到最佳連接性能的同時(shí)最大限度的緩解連接過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力。(4)連接溫度高。由于所用連接劑有較高的熔點(diǎn), 所得連接可以滿足1000 溫度下的使用需求, 因而在線液相滲透連接方法是一種高溫連接方法。(5)連接時(shí)間短。在線液相滲透連接方法是在連接劑熔化狀態(tài)下滲入復(fù)合材料而完成連接的，液相的參與使得連接所需時(shí)間較短。3.總結(jié)上述幾種

28、方法共同的缺點(diǎn)是需要對(duì)連接件進(jìn)行整體加熱。這樣做一方面，如果連接件的體積大，則需要加熱設(shè)備和加熱功率增大，這樣勢(shì)必會(huì)造成資源浪費(fèi)。另一方面由于連接件的各個(gè)部分熱膨脹系數(shù)不同，整體加熱會(huì)造成很高的殘余應(yīng)力，損壞連接件。因此有必要發(fā)展局部加熱的連接方式，目前提出的有: 微波連接、電子束連接等方法。這些連接方法都是使用高能量，集中加熱接頭區(qū)域，使接頭熔化并進(jìn)行連接。但由于目前對(duì)熱源的加熱過程控制還不成熟，因此還需要進(jìn)一步的研究。13參考考文獻(xiàn)： 1黃勇，吳建光高性能結(jié)構(gòu)陶瓷的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)材料科學(xué)進(jìn)展，1990，4（2）；1501602許永東，張立同，張湛陶瓷基復(fù)合材料進(jìn)展材料科學(xué)進(jìn)展，1992，（4）；18253蘇波陶瓷纖維及其陶瓷