專利名稱：一種金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料間的連接方法。
背景技術(shù)：
隨著新材料和新結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)，金屬材料與非金屬復(fù)合材料的綜合應(yīng)用得到 很大發(fā)展，相應(yīng)的金屬材料與非金屬復(fù)合材料間的連接成為發(fā)展中的一個關(guān)鍵 環(huán)節(jié)。在很多工程領(lǐng)域，已經(jīng)對金屬材料和非金屬復(fù)合材料的連接提出了迫切 要求。然而，由于金屬材料和非金屬復(fù)合材料間的熱膨脹差異大，高性能冶金 連接無法克服金屬材料和非金屬復(fù)合材料間的熱膨脹差異，而采用膠接或機械 連接的金屬材料和非金屬復(fù)合材料雖然克服了金屬材料和非金屬復(fù)合材料間 的熱膨脹差異，但是連接后存在接頭強度低、耐熱性差的缺陷，不能滿足工程 需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決采用現(xiàn)有連接金屬材料和非金屬復(fù)合材料的方法 連接后的接頭存在強度低、耐熱性差的缺陷，而提供一種金屬材料與非金屬復(fù) 合材料的連接方法。
本發(fā)明金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法按以下步驟實現(xiàn) 一、將非 金屬復(fù)合材料和金屬材料的連接面進行機械清理或化學(xué)粗化處理使連接面粗 化；二、按照1: 0.5 2的質(zhì)量比將無機膠黏劑與金屬粉末混合后，涂覆到非
金屬復(fù)合材料的連接面上，涂層厚度為0.5 2mm，然后在室溫下靜置 10 30min，再對非金屬復(fù)合材料的連接面施加0.5 2MPa的壓力保持10~24h， 得到連接面帶有金屬化改性層的非金屬復(fù)合材料；三、對非金屬復(fù)合材料連接 面上的金屬化改性層用80 300目的砂紙粗磨后再用800 1500目砂紙細(xì)磨至表 面平滑光亮；四、在非金屬復(fù)合材料連接件的金屬化改性層和金屬材料連接面 之間放入與金屬化改性層面積相同、厚度為50 200^im的AgCu共晶箔片，在 溫度為770 85(TC的真空釬焊爐中保溫5 15min;即完成金屬材料與非金屬復(fù) 合材料的連接。本發(fā)明金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法的原理為先將非金屬復(fù)合 材料的連接面進行致密化、金屬化的處理，在非金屬復(fù)合材料的連接面上形成 金屬化改性層，金屬化改性層增強了非金屬復(fù)合材料的表面致密度和焊接性， 能夠克服金屬材料與非金屬復(fù)合材料間的膨脹差異，對非金屬復(fù)合材料施加壓 力以達到使金屬化改性層密實的目的，再用釬焊工藝使AgCu共晶箔片焊接金 屬材料和金屬化改性層，從而實現(xiàn)了金屬材料和非金屬復(fù)合材料之間的高強度 連接。
本發(fā)明金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法連接金屬材料與非金屬復(fù)
合材料后獲得的接頭室溫強度為32 64MPa。本發(fā)明金屬材料與非金屬復(fù)合材 料的連接方法簡化了工藝流程，較電鍍或噴涂后進行釬焊連接的成本降低了 50 80%。本發(fā)明金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法可以保證連接接頭在 50(TC的高溫環(huán)境仍具有很高的連接強度，強度可達26 54MPa:對鎳基碳化 鈦陶瓷和Invar合金連接后的室溫強度可達到55 64MPa， 500。C時的強度達到 53 55MPa;對Si/SiC復(fù)合陶瓷與Invar合金連接后的室溫強度達到32 35MPa， 50(TC時的強度達到28 31MPa; Invar合金與C/SiC復(fù)合材料連接后接頭的室 溫強度可達到45 52MPa， 500"C時的強度達到26 30MPa。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法按以 下步驟實施 一、將非金屬復(fù)合材料和金屬材料的連接面進行機械清理或化學(xué) 粗化處理使連接面粗化；二、按照1: 0.5~2的質(zhì)量比將無機膠黏劑與金屬粉
末混合后，涂覆到非金屬復(fù)合材料的連接面上，涂層厚度為0.5 2mm，然后在 室溫下靜置10 30min，再對非金屬復(fù)合材料的連接面施加0.5 2MPa的壓力保 持10~24h，得到連接面帶有金屬化改性層的非金屬復(fù)合材料；三、對非金屬 復(fù)合材料連接面上的金屬化改性層用80 300目的砂紙粗磨后再用800~1500 目砂紙細(xì)磨至表面平滑光亮；四、在非金屬復(fù)合材料連接件的金屬化改性層和 金屬材料連接面之間放入與金屬化改性層面積相同、厚度為50 200pm的 AgCu共晶箔片，在溫度為770 850。C的真空釬焊爐中保溫5 15min;即完成 金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟一中的機械清理為采用砂紙打磨，化學(xué)粗化處理為采用酸或堿對材料進行腐蝕。其它 步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟一中的
金屬材料為Invar合金。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。 \ 本實施方式中Invar合金按照重量百分比由36%的鎳、63.8%的鐵和0.2%
的碳組成。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟一中的 復(fù)合材料為石英纖維編織復(fù)合材料、鎳基碳化鈦陶瓷、C/SiC復(fù)合材料或Si/SiC 復(fù)合陶瓷。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二中的 無機膠黏劑為硅酸鹽類膠黏劑或磷酸鹽類膠黏劑。其它步驟及參數(shù)與具體實施 方式一相同。
本實施方式中的硅酸鹽類膠黏劑(模數(shù)為2 3的水玻璃溶液)或磷酸鹽類 膠黏劑(按3~4.5mL磷酸鋁與lg氧化銅比例在室溫下反應(yīng)0.5 10min所得的 溶液)為耐高溫的膠黏劑。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一的不同點是歩驟二中的
金屬粉末的材料為鎳、銅、鉬或鎢。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
本實施方式中金屬粉末的粒度為400 1100目。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二中按 照1: 0.8~1.7的質(zhì)量比將無機膠黏劑與金屬粉末混合。其它步驟及參數(shù)與具體 實施方式一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二中按 照1: 1.2~1.3的質(zhì)量比將無機膠黏劑與金屬粉末混合。其它步驟及參數(shù)與具體 實施方式一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二中按 照l: 1.25的質(zhì)量比將無機膠黏劑與金屬粉末混合。其它步驟及參數(shù)與具體實 施方式一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二中涂
膠的涂層厚度為0.8mm。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二中涂
膠后的非金屬復(fù)合材料在室溫下靜置15 25min，再對復(fù)合材料施加l~1.5MPa 的壓力保持15~19h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二中 涂膠后的非金屬復(fù)合材料在室溫下靜置20min，再對復(fù)合材料施加1.25MPa的 壓力保持17h。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟三中 對非金屬復(fù)合材料連接面上的金屬化改性層用150 230目的砂紙粗磨后再用 1000~1300目砂紙細(xì)磨。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟三中
對非金屬復(fù)合材料連接面上的金屬化改性層用190目的砂紙粗磨后再用1150 目砂紙細(xì)磨。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟四中
AgCu共晶箔片的厚度為125|am。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟四中
在溫度為800 82(TC的真空釬焊爐中保溫8 12min。其它步驟及參數(shù)與具體實 施方式一相同。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟四中
在溫度為81(TC的真空釬焊爐中保溫10min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十七本實施方式金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法按 以下步驟實施 一、將C/SiC復(fù)合材料和Invar合金的連接面用酸進行腐蝕使 連接面粗化；二、按照1: 1的質(zhì)量比將無機膠黏劑與鎳粉混合后，涂覆到C/SiC 復(fù)合材料的連接面上，涂層厚度為lmm，然后在室溫下靜置30min，再對復(fù)合 材料的連接面施加1.5MPa的壓力保持15h，得到連接面帶有金屬化改性層的 C/SiC復(fù)合材料；三、對C/SiC復(fù)合材料連接面上的金屬化改性層用200目的 砂紙粗磨后再用1000目砂紙細(xì)磨至表面平滑光亮；四、在C/SiC復(fù)合材料連 接件的金屬化改性層和Invar合金的連接面之間放入與金屬化改性層面積相 同、厚度為100(im的AgCu共為箔片，在溫度為85(TC的真空釬焊爐中保溫10min;即完成Invar合金與C/SiC復(fù)合材料的連接。 本實施方式中鎳粉的粒度為600目。
本實施方式對Invar合金與C/SiC復(fù)合材料連接后接頭的室溫強度為 50MPa， 50(TC時的強度為28MPa。
權(quán)利要求
1、一種金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法，其特征在于金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法按以下步驟實施一、將非金屬復(fù)合材料和金屬材料的連接面進行機械清理或化學(xué)粗化處理使連接面粗化；二、按照1∶0.5～2的質(zhì)量比將無機膠黏劑與金屬粉末混合后，涂覆到非金屬復(fù)合材料的連接面上，涂層厚度為0.5～2mm，然后在室溫下靜置10～30min，再對非金屬復(fù)合材料的連接面施加0.5～2MPa的壓力保持10～24h，得到連接面帶有金屬化改性層的非金屬復(fù)合材料；三、對非金屬復(fù)合材料連接面上的金屬化改性層用80～300目的砂紙粗磨后再用800～1500目砂紙細(xì)磨至表面平滑光亮；四、在非金屬復(fù)合材料連接件的金屬化改性層和金屬材料連接面之間放入與金屬化改性層面積相同、厚度為50～200μm的AgCu共晶箔片，在溫度為770～850℃的真空釬焊爐中保溫5～15min；即完成金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法， 其特征在于步驟一中的機械清理為采用砂紙打磨，化學(xué)粗化處理為采用酸或堿 對材料進行腐蝕。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法， 其特征在于步驟一中的金屬材料為Invar合金。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法， 其特征在于步驟一中的非金屬復(fù)合材料為石英纖維編織復(fù)合材料、鎳基碳化鈦 陶瓷、C/SiC復(fù)合材料或Si/SiC復(fù)合陶瓷。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法， 其特征在于步驟二中的無機膠黏劑為硅酸鹽類膠黏劑或磷酸鹽類膠黏劑。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法， 其特征在于步驟二中的金屬粉末的材料為鎳、銅、鉬或鎢。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法， 其特征在于步驟二中按照1: 1.25的質(zhì)量比將無機膠黏劑與金屬粉末混合。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法， 其特征在于步驟二中涂膠后的非金屬復(fù)合材料在室溫下靜置15 25min，再對 復(fù)合材料的連接面施加1 1.5MPa的壓力保持15~19h。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法， 其特征在于步驟二中涂膠后的非金屬復(fù)合材料在室溫下靜置20min，再對復(fù)合 材料的連接面施加1.25MPa的壓力保持17h。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法， 其特征在于步驟四中在溫度為81(TC的真空釬焊爐中保溫10min。
全文摘要
一種金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法，它涉及一種材料間的連接方法。它解決了采用現(xiàn)有連接金屬材料和非金屬復(fù)合材料的方法連接后的接頭存在強度低、耐熱性差的缺陷。本發(fā)明金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接方法按以下步驟實現(xiàn)一、將非金屬復(fù)合材料和金屬材料的連接面進行處理使連接面粗化；二、將無機膠黏劑與金屬粉末混合后，涂覆到復(fù)合材料的連接面上，再對復(fù)合材料施加壓力得到連接面帶有金屬化改性層的復(fù)合材料；三、對復(fù)合材料連接面上的金屬化改性層用砂紙打磨；四、在真空釬焊爐中保溫；即完成金屬材料與非金屬復(fù)合材料的連接。本發(fā)明的方法連接的金屬材料與非金屬復(fù)合材料連接面的連接強度高，耐熱性好。
文檔編號C04B37/02GK101314192SQ20081006467
公開日2008年12月3日 申請日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者馮吉才, 張麗霞, 磊 趙 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)