專利名稱：碳/碳復合材料的連接方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種碳/碳復合材料的連接方法。
背景技術：
碳/碳復合材料較其它復合材料有許多優(yōu)點，其強度隨著溫度的升高不但不降低，甚至會更高，這是其它結構材料所無法比擬的；其比重小于2.0g/cm3，僅為鎳基高溫合金的1/4，陶瓷材料的1/2；抗燒蝕性能良好，燒蝕均勻，可以承受高于3000℃的高溫，運用于短時間燒蝕的環(huán)境中，在航天領域常被用來制作火箭發(fā)動機噴管、喉襯等；耐摩擦磨損性能優(yōu)異，其摩擦系數小、性能穩(wěn)定，是各種耐磨和磨擦部件的最佳候選材料。由于碳/碳復合材料不能焊接，目前連接它們的方法之一是用耐熔金屬或碳/碳復合材料制成的螺栓進行固定。但用這種方法制得的接頭的強度很難令人滿意，這主要是由于這種接頭的抗剪和抗壓強度較差，特別是在螺栓或鉚釘孔周圍載荷集中的地方，這種情況更為嚴重。
文獻“石國慶等，飛機炭剎車盤粘結修復技術研究，新型炭材料，2000，15(4)，62～64”報道了用有機粘合劑粘合，經過固化、碳化和滲碳處理連接飛機碳剎車盤的方法，這種方法制得的接頭10.9Mpa，而且僅限于飛機炭剎車盤粘結修復；文獻“Dadras.P et al，Joining ofCarbon-Carbon Composites by Graphite Formation，J.Am..Ceram.Soc.，1994，77(6)1419～1424”介紹了用形成石墨中間層的方法連接碳/碳復合材料，這種方法是用鎂、錳和鋁作為中間層，這些金屬先和碳/碳復合材料反應形成金屬碳化物，然后在高溫下經過碳化物的分解和金屬的蒸發(fā)形成石墨中間層。該實驗的最高連接溫度為2200℃。但用鎂和鋁作中間層的實驗未獲成功。用錳作中間層的接頭的雙缺口抗剪強度很低，在測試溫度為1200℃和1400℃時，只有0.15和1.61MPa。
很明顯，現有技術方法連接碳/碳復合材料存在連接強度不高，所需連接溫度要求較高的不足，而且僅限于飛機炭剎車盤粘結修復。

發(fā)明內容
為了克服現有技術連接強度低，所需連接溫度要求較高的不足，本發(fā)明提供一種碳/碳復合材料的連接方法，可明顯提高接頭的連接強度。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種碳/碳復合材料的連接方法，其特征在于采用下述步驟1)稱取質量百分比10～15％的Q-913鎢酚醛樹脂，加入質量百分比10～15％的無水乙醇，制成50％的無水乙醇溶液，加入質量百分比1～2％的六次甲基四胺作固化劑，充分溶解后加入質量百分比68～79％純度為95％，粒度為200目的鎢粉，混合均勻；2)將要連接的碳/碳復合材料分別用乙醇、丙酮超聲清洗干凈，晾干；3)在要連接的碳/碳復合材料的連接面均勻涂刷經步驟1)配制的樹脂，晾干后將兩連接面相對并置于鋼制模具中，在壓機上施加5～10MPa的壓力，于200℃加熱固化2小時；4)經步驟3)固化后的連接件置于石墨模具中，放入石墨作加熱體的高溫熱壓爐中，通氬氣，施加5～10MPa的壓力，隨后將爐溫從室溫升至1500℃，升溫速率控制在10～15℃/min，爐溫達到1500℃后保溫1～2小時，隨后降至室溫，整個過程通氬氣保護。
本發(fā)明相比現有技術的優(yōu)點在于由于酚醛樹脂良好的潤濕性能和粘附性能，再經過200℃加壓固化的接頭組織致密，因此強度較高，剪切強度最高可達35.8MPa。經1500℃處理后，由于酚醛樹脂炭化及體積收縮，接頭出現裂紋和缺陷。但是由于酚醛樹脂炭化后可與鎢在1400℃發(fā)生化學反應，正是因為在接頭處原位生成了耐高溫的碳化鎢，才使得接頭經高溫處理后仍能保持較高的連接強度，剪切強度最高仍可達16.1MPa。
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
具體實施例方式
實施例1稱取質量百分比15％的Q-913鎢酚醛樹脂，加入質量百分比15％的無水乙醇，制成50％的無水乙醇溶液，加入質量百分比2％六次甲基四胺作固化劑，充分溶解后加入質量百分比68％純度為95％，粒度為200目的鎢粉，混合均勻；將要連接的碳/碳復合材料分別用乙醇、丙酮超聲清洗干凈，晾干。
將處理過的碳/碳復合材料表面均勻涂刷前述的樹脂，晾干后連接，形成復合材料/樹脂/復合材料的類似“三明治”結構；將其置于鋼制模具中，在壓機上施加5MPa的壓力，于200℃加熱固化2小時。
將固化后的試樣置于石墨模具中，然后將模具放入石墨作加熱體的高溫熱壓爐中，通氬氣，施加5MPa的壓力，隨后將爐溫從室溫升至1500℃，升溫速率控制在10℃/min，達到預定的最高溫度后保溫1小時，隨后降至室溫，整個過程通氬氣保護。
開爐后打開模具，取出連接好的碳/碳復合材料，可看到在兩塊材料中間有一層連接層。掃描電鏡、X-Ray衍射分析表明200℃固化的接頭組織致密，因此強度較高，剪切強度最高可達35.8MPa。經1500℃處理后，由于酚醛樹脂炭化及體積收縮，接頭出現裂紋和缺陷。但是由于酚醛樹脂炭化后可與鎢在1400℃發(fā)生化學反應，正是因為在接頭處原位生成了耐高溫的碳化鎢，才使得接頭經高溫處理后仍能保持較高的連接強度，剪切強度最高仍可達16.1MPa。
附表為加入鎢粉的量與樹脂殘?zhí)剂康哪柋纫约敖宇^經不同溫度熱處理后的剪切強度接頭經不同溫度熱處理后的剪切強度

實施例2稱取質量百分比10％的Q-913鎢酚醛樹脂，加入質量百分比10％的無水乙醇，制成50％的無水乙醇溶液，加入質量百分比1％六次甲基四胺作固化劑，充分溶解后加入質量百分比79％純度為95％，粒度為200目的鎢粉，混合均勻；將要連接的碳/碳復合材料分別用乙醇、丙酮超聲清洗干凈，晾干。
將處理過的碳/碳復合材料表面均勻涂刷前述的樹脂，晾干后連接，形成復合材料/樹脂/復合材料的類似“三明治”結構；將其置于鋼制模具中，在壓機上施加10MPa的壓力，于200℃加熱固化2小時。
將固化后的試樣置于石墨模具中，然后將模具放入石墨作加熱體的高溫熱壓爐中，通氬氣，施加10MPa的壓力，隨后將爐溫從室溫升至1500℃，升溫速率控制在15℃/min，達到預定的最高溫度后保溫2小時，隨后降至室溫，整個過程通氬氣保護。
權利要求
1.一種碳/碳復合材料的連接方法，其特征在于采用下述步驟1)稱取質量百分比10～15％的Q-913鎢酚醛樹脂，加入質量百分比10～15％的無水乙醇，制成50％的無水乙醇溶液，加入質量百分比1～2％的六次甲基四胺作固化劑，充分溶解后加入質量百分比68～79％純度為95％，粒度為200目的鎢粉，混合均勻；2)將要連接的碳/碳復合材料分別用乙醇、丙酮超聲清洗干凈，晾干；3)在要連接的碳/碳復合材料的連接面均勻涂刷經步驟1)配制的樹脂，晾干后將兩連接面相對并置于鋼制模具中，在壓機上施于5～10MPa的壓力，于200℃加熱固化2小時；4)經步驟3)固化的連接件置于石墨模具中，放入石墨作加熱體的高溫熱壓爐中，通氬氣，施于5～10MPa的壓力，隨后將爐溫從室溫升至1500℃，升溫速度控制在10～15℃/min，爐溫達到1500℃后保溫1～2小時，隨后降至室溫，整個過程通氬氣保護。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳/碳復合材料的連接方法，可用于碳/碳復合材料的連接。其方法是1)稱取鎢酚醛樹脂，加入無水乙醇，制成50％的無水乙醇溶液，加入六次甲基四胺作固化劑，充分溶解后加入鎢粉，混合均勻；2)將要連接的碳/碳復合材料清洗、晾干；3)在要連接的碳/碳復合材料連接面均勻涂刷經步驟1)配制的樹脂，晾干后將兩連接面相對并置于鋼制模具中，加壓、加熱固化；4)經步驟3)固化后的連接件置于石墨模具中，放入石墨作加熱體的高溫熱壓爐中，通氬氣，加壓，隨后將爐溫從室溫升至1500℃，保溫，隨后降至室溫，整個過程通氬氣保護。本發(fā)明優(yōu)點是利用酚醛樹脂良好的潤濕性能和粘附性能，再經過加壓、加熱固化的接頭組織致密，強度高。
文檔編號C04B35/52GK1803721SQ20061004165
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月12日 優(yōu)先權日2006年1月12日
發(fā)明者李賀軍, 席琛, 李克智 申請人:西北工業(yè)大學