CN101314192B - 一种金属材料与非金属复合材料的连接方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属材料与非金属复合材料的连接方法，它涉及一种材料间的连接方法。它解决了采用现有连接金属材料和非金属复合材料的方法连接后的接头存在强度低、耐热性差的缺陷。本发明金属材料与非金属复合材料的连接方法按以下步骤实现：一、将非金属复合材料和金属材料的连接面进行处理使连接面粗化；二、将无机胶黏剂与金属粉末混合后，涂覆到复合材料的连接面上，再对复合材料施加压力得到连接面带有金属化改性层的复合材料；三、对复合材料连接面上的金属化改性层用砂纸打磨；四、在真空钎焊炉中保温；即完成金属材料与非金属复合材料的连接。本发明的方法连接的金属材料与非金属复合材料连接面的连接强度高，耐热性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料间的连接方法。
背景技术
随着新材料和新结构的涌现，金属材料与非金属复合材料的综合应用得到很大发展，相应的金属材料与非金属复合材料间的连接成为发展中的一个关键环节。在很多工程领域，已经对金属材料和非金属复合材料的连接提出了迫切要求。然而，由于金属材料和非金属复合材料间的热膨胀差异大，高性能冶金连接无法克服金属材料和非金属复合材料间的热膨胀差异，而采用胶接或机械连接的金属材料和非金属复合材料虽然克服了金属材料和非金属复合材料间的热膨胀差异，但是连接后存在接头强度低、耐热性差的缺陷，不能满足工程需求。
发明内容
本发明目的是为了解决采用现有连接金属材料和非金属复合材料的方法连接后的接头存在强度低、耐热性差的缺陷，而提供一种金属材料与非金属复合材料的连接方法。
本发明金属材料与非金属复合材料的连接方法按以下步骤实现：一、将非金属复合材料和金属材料的连接面进行机械清理或化学粗化处理使连接面粗化；二、按照1∶0.5～2的质量比将无机胶黏剂与金属粉末混合后，涂覆到非金属复合材料的连接面上，涂层厚度为0.5～2mm，然后在室温下静置10～30min，再对非金属复合材料的连接面施加0.5～2MPa的压力保持10～24h，得到连接面带有金属化改性层的非金属复合材料，其中无机胶黏剂是耐高温的无机胶黏剂；三、对非金属复合材料连接面上的金属化改性层用80～300目的砂纸粗磨后再用800～1500目砂纸细磨至表面平滑光亮；四、在非金属复合材料连接件的金属化改性层和金属材料连接面之间放入与金属化改性层面积相同、厚度为50～200μm的AgCu共晶箔片，在温度为770～850℃的真空钎焊炉中保温5～15min；即完成金属材料与非金属复合材料的连接。
本发明金属材料与非金属复合材料的连接方法的原理为：先将非金属复合材料的连接面进行致密化、金属化的处理，在非金属复合材料的连接面上形成金属化改性层，金属化改性层增强了非金属复合材料的表面致密度和焊接性，能够克服金属材料与非金属复合材料间的膨胀差异，对非金属复合材料施加压力以达到使金属化改性层密实的目的，再用钎焊工艺使AgCu共晶箔片焊接金属材料和金属化改性层，从而实现了金属材料和非金属复合材料之间的高强度连接。
本发明金属材料与非金属复合材料的连接方法连接金属材料与非金属复合材料后获得的接头室温强度为32～64MPa。本发明金属材料与非金属复合材料的连接方法简化了工艺流程，较电镀或喷涂后进行钎焊连接的成本降低了50～80％。本发明金属材料与非金属复合材料的连接方法可以保证连接接头在500℃的高温环境仍具有很高的连接强度，强度可达26～54MPa：对镍基碳化钛陶瓷和Invar合金连接后的室温强度可达到55～64MPa，500℃时的强度达到53～55MPa；对Si/SiC复合陶瓷与Invar合金连接后的室温强度达到32～35MPa，500℃时的强度达到28～31MPa；Invar合金与C/SiC复合材料连接后接头的室温强度可达到45～52MPa，500℃时的强度达到26～30MPa。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式金属材料与非金属复合材料的连接方法按以下步骤实施：一、将非金属复合材料和金属材料的连接面进行机械清理或化学粗化处理使连接面粗化；二、按照1∶0.5～2的质量比将无机胶黏剂与金属粉末混合后，涂覆到非金属复合材料的连接面上，涂层厚度为0.5～2mm，然后在室温下静置10～30min，再对非金属复合材料的连接面施加0.5～2MPa的压力保持10～24h，得到连接面带有金属化改性层的非金属复合材料；三、对非金属复合材料连接面上的金属化改性层用80～300目的砂纸粗磨后再用800～1500目砂纸细磨至表面平滑光亮；四、在非金属复合材料连接件的金属化改性层和金属材料连接面之间放入与金属化改性层面积相同、厚度为50～200μm的AgCu共晶箔片，在温度为770～850℃的真空钎焊炉中保温5～15min；即完成金属材料与非金属复合材料的连接。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中的 机械清理为采用砂纸打磨，化学粗化处理为采用酸或碱对材料进行腐蚀。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中的金属材料为Invar合金。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中Invar合金按照重量百分比由36％的镍、63.8％的铁和0.2％的碳组成。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中的复合材料为石英纤维编织复合材料、镍基碳化钛陶瓷、C/SiC复合材料或Si/SiC复合陶瓷。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中的无机胶黏剂为硅酸盐类胶黏剂或磷酸盐类胶黏剂。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中的硅酸盐类胶黏剂(模数为2～3的水玻璃溶液)或磷酸盐类胶黏剂(按3～4.5mL磷酸铝与1g氧化铜比例在室温下反应0.5～10min所得的溶液)为耐高温的胶黏剂。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中的金属粉末的材料为镍、铜、钼或钨。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中金属粉末的粒度为400～1100目。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中按照1∶0.8～1.7的质量比将无机胶黏剂与金属粉末混合。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中按照1∶1.2～1.3的质量比将无机胶黏剂与金属粉末混合。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中按照1∶1.25的质量比将无机胶黏剂与金属粉末混合。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中涂胶的涂层厚度为0.8mm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中涂胶后的非金属复合材料在室温下静置15～25min，再对复合材料施加1～1.5MPa的压力保持15～19h。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二中涂胶后的非金属复合材料在室温下静置20min，再对复合材料施加1.25MPa的压力保持17h。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤三中对非金属复合材料连接面上的金属化改性层用150～230目的砂纸粗磨后再用1000～1300目砂纸细磨。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤三中对非金属复合材料连接面上的金属化改性层用190目的砂纸粗磨后再用1150目砂纸细磨。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤四中AgCu共晶箔片的厚度为125μm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤四中在温度为800～820℃的真空钎焊炉中保温8～12min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤四中在温度为810℃的真空钎焊炉中保温10min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十七：本实施方式金属材料与非金属复合材料的连接方法按以下步骤实施：一、将C/SiC复合材料和Invar合金的连接面用酸进行腐蚀使连接面粗化；二、按照1∶1的质量比将无机胶黏剂与镍粉混合后，涂覆到C/SiC复合材料的连接面上，涂层厚度为1mm，然后在室温下静置30min，再对复合材料的连接面施加1.5MPa的压力保持15h，得到连接面带有金属化改性层的C/SiC复合材料；三、对C/SiC复合材料连接面上的金属化改性层用200目的砂纸粗磨后再用1000目砂纸细磨至表面平滑光亮；四、在C/SiC复合材料连接件的金属化改性层和Invar合金的连接面之间放入与金属化改性层面积相同、厚度为100μm的AgCu共晶箔片，在温度为850℃的真空钎焊炉中保温 10min；即完成Invar合金与C/SiC复合材料的连接。
本实施方式中镍粉的粒度为600目。
本实施方式对Invar合金与C/SiC复合材料连接后接头的室温强度为50MPa，500℃时的强度为28MPa。
Claims (10)
1.一种金属材料与非金属复合材料的连接方法，其特征在于金属材料与非金属复合材料的连接方法按以下步骤实施：一、将非金属复合材料和金属材料的连接面进行机械清理或化学粗化处理使连接面粗化；二、按照1∶0.5～2的质量比将无机胶黏剂与金属粉末混合后，涂覆到非金属复合材料的连接面上，涂层厚度为0.5～2mm，然后在室温下静置10～30min，再对非金属复合材料的连接面施加0.5～2MPa的压力保持10～24h，得到连接面带有金属化改性层的非金属复合材料，其中无机胶黏剂是耐高温的无机胶黏剂；三、对非金属复合材料连接面上的金属化改性层用80～300目的砂纸粗磨后再用800～1500目砂纸细磨至表面平滑光亮；四、在非金属复合材料连接件的金属化改性层和金属材料连接面之间放入与金属化改性层面积相同、厚度为50～200μm的AgCu共晶箔片，在温度为770～850℃的真空钎焊炉中保温5～15min；即完成金属材料与非金属复合材料的连接。
2.根据权利要求1所述的一种金属材料与非金属复合材料的连接方法，其特征在于步骤一中的机械清理为采用砂纸打磨，化学粗化处理为采用酸或碱对材料进行腐蚀。
3.根据权利要求1所述的一种金属材料与非金属复合材料的连接方法，其特征在于步骤一中的金属材料为Invar合金。
4.根据权利要求1所述的一种金属材料与非金属复合材料的连接方法，其特征在于步骤一中的非金属复合材料为石英纤维编织复合材料、镍基碳化钛陶瓷、C/SiC复合材料或Si/SiC复合陶瓷。
5.根据权利要求1所述的一种金属材料与非金属复合材料的连接方法，其特征在于步骤二中的无机胶黏剂为硅酸盐类胶黏剂或磷酸盐类胶黏剂。
6.根据权利要求1所述的一种金属材料与非金属复合材料的连接方法，其特征在于步骤二中的金属粉末的材料为镍、铜、钼或钨。
7.根据权利要求1所述的一种金属材料与非金属复合材料的连接方法，其特征在于步骤二中按照1∶1.25的质量比将无机胶黏剂与金属粉末混合。
8.根据权利要求1所述的一种金属材料与非金属复合材料的连接方法，其特征在于步骤二中涂胶后的非金属复合材料在室温下静置15～25min，再对复合材料的连接面施加1～1.5MPa的压力保持15～19h。
9.根据权利要求1所述的一种金属材料与非金属复合材料的连接方法，其特征在于步骤二中涂胶后的非金属复合材料在室温下静置20min，再对复合材料的连接面施加1.25MPa的压力保持17h。
10.根据权利要求1所述的一种金属材料与非金属复合材料的连接方法，其特征在于步骤四中在温度为810℃的真空钎焊炉中保温10min。
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