【正文】 根據(jù)石墨的釬焊性特點(diǎn)，石墨與 鈦合金 的釬焊方法可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是石墨表面處理后釬焊，石墨的表面處理后，在其表面沉積一層牢固的金屬 膜，即表面金屬化，或生成一層碳化物薄層，從而可以用常用的釬料進(jìn)行釬焊。在一般釬焊方法中，主要是通過(guò)釬劑的化學(xué)作用或介質(zhì)氣體的還原作用去除氧化膜的。真空釬焊時(shí)，為了獲得優(yōu)質(zhì)的釬縫，關(guān)鍵的條件是使液態(tài)釬料能夠充分地流入并致密地填滿(mǎn)全部釬焊間隙，并與母材基體金屬很好地進(jìn)行相互的物理化學(xué)作用，形成新合金，在冷凝結(jié)晶后，得到合乎要求的釬焊接頭。 真空 釬焊 的缺點(diǎn)： 在真空條件下金屬易于揮發(fā)，因此對(duì)含易揮發(fā)元素的基本金屬和釬料不宜使用真空釬焊。 (6)可一次釬焊多道臨近的釬縫，或同爐釬焊多個(gè)組件，釬焊效率高。 (3)基體金屬了釬料周?chē)嬖诘蛪?，能夠排除金屬在釬焊溫度下釋放出來(lái)的揮發(fā)氣體和雜質(zhì)，可使基體金屬性能得以改善。當(dāng)間隙一定時(shí)，提高釬焊溫度或延長(zhǎng)釬焊保溫時(shí)間，增加硼、硅等形成化合物的元素就容易擴(kuò)散到基體金屬中，但由于結(jié)晶時(shí)間較短，就可減少或避免金屬間化合物的形成。 （ 2）金屬間化合物 金屬間化合物一般硬而 脆，會(huì)降低接頭的塑性和強(qiáng)度，特別是當(dāng)化合物形成連續(xù)層時(shí)，影響更大。但溶解量不適當(dāng)時(shí)，則使釬料的熔點(diǎn)提高，從而產(chǎn)生焊不透等缺陷。擴(kuò)散的結(jié)果，在靠近基體金屬的釬縫附近形成固溶體，當(dāng)釬料元素能與基體金屬形成共晶時(shí)，釬料組元會(huì)向基體金屬的晶界，形成的低熔共晶體叫做晶間滲入。它是液態(tài)釬料、固體金屬和釬焊氣氛三者之間相互作用的結(jié)果，液態(tài)釬料如果能 夠潤(rùn)濕基體金屬，則在毛細(xì)作用下填滿(mǎn)接頭間隙，形成釬焊接頭。 真空 釬 焊原理 真空釬焊時(shí)去除氧 化膜的機(jī)理主要有：氧化膜在高溫、高真空中可自行分解；金屬元素和金屬氧化物的揮發(fā)破壞了金屬表面的氧化膜等，對(duì)于高合金鋼而言，是由于氧化物破裂，釬料滲入后與碳反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，對(duì)于鋁合金而言，由于 Al2O3 與碳作用生成了低價(jià)氧化物；鈦合金則是因?yàn)楸砻婊衔镌龊穸屏?。采用真空和其他凈化表面的方法之后，就有可能利用上述原子結(jié)合力，來(lái)連接兩個(gè)和兩個(gè)以上的表面，隨后表面上產(chǎn)生的擴(kuò)散過(guò)程提高了這一連接的強(qiáng)度。 （ 2）石墨的線膨脹系數(shù)遠(yuǎn)低于大多數(shù)金 屬材料，在焊接降溫過(guò)程中接頭處會(huì)產(chǎn)江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 生很大的殘余應(yīng)力，且石墨的抗拉強(qiáng)度很低，極易產(chǎn)生裂紋，使接頭的強(qiáng)度下降。 因?yàn)槭娜埸c(diǎn)很高且在空氣中高溫下容易氧化，所以不宜采用熔化焊的方法，石墨焊接最常用的方法為擴(kuò)散焊、釬焊。 但是由于 石墨的原子鍵結(jié)合得很牢固，在高溫下強(qiáng)度大，吸收熱中子截面小，導(dǎo)熱性好，具有極高的熔點(diǎn)（升華溫度）和耐熱沖擊性能。 連接是異種材料連接結(jié)構(gòu) 廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于異種材料的物理、化學(xué)及力學(xué)性能方面存在著巨大的差異，對(duì)連接方法要求比較苛刻。cm2 退火 931 10 淬火時(shí)效 1080 8 —— 連接石墨與異種材料方法選擇 既然 石墨是重要 的 非金屬材料 ，那么想要更好的利用石墨的諸多優(yōu)良性能，就必須涉及到石墨與異種材料的連接問(wèn)題 。 TC4 這類(lèi)合金在高溫是 α+β 型兩相組織，因而得名 為 α+β 型鈦合金。另外，鈦合金還具有塑性好，容易加工成型的特點(diǎn)。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 目前，世界上已研制出的鈦合金 有數(shù)百種，最著名的合金有 20～ 30 種，如Ti6Al4V、 、 、 Ti32Mo、 TiMoNi、 TiPd、 SP700、 Ti624Ti102 Ti105 Ti102 BT BT IMI82 IMI834 等 [7,8]。耐熱鈦合金的使用溫度已從 50 年代的 400℃ 提高到 90 年代的 600～650℃ 。世界上許多國(guó)家都認(rèn)識(shí)到锨合金材料的重要性，相繼對(duì)其進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，并得到了實(shí)際應(yīng)用。 （ 4） 碳的影響 碳也是鈦及鈦合金中常見(jiàn)的雜質(zhì)，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)碳含量為 %時(shí)，碳因深在α鈦中，焊縫強(qiáng)度極限有些提高，塑性有些下降，但不及氧氮的作用強(qiáng)烈。 TiH2強(qiáng)度很低，故片狀或針狀衛(wèi) HiH2的作用例以缺口，合沖擊性能顯著 降低；焊縫含氫量變化對(duì)強(qiáng)度的提高及塑性的降低的作用不很時(shí)顯。但試驗(yàn)表時(shí)，在焊接過(guò)程中，液態(tài)熔滴和熔池金屬具有強(qiáng)烈吸收氫、氧、 氮的作用，而且在固態(tài)下，這些氣體已與其發(fā)生作用。 鈦合金的特性 鈦是 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。各種活性元素所以能改善液態(tài)金屬對(duì)石墨的潤(rùn)濕性的機(jī)理，主要是由于它們?cè)诮佑|界面處偏析，并與石墨產(chǎn)生強(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)，生成連續(xù)的碳化物薄層，降低了液態(tài)金屬與石墨間的表面能。質(zhì)量分?jǐn)?shù)少于 30%時(shí) ,接江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 觸角的變化規(guī)律性不強(qiáng)。所得結(jié)果顯示，過(guò)渡族元素一般能對(duì)石墨潤(rùn)濕，而非過(guò)渡族只有Al 和 Si 能對(duì)石墨潤(rùn)濕，但 Al 在 1000℃ 以上時(shí)才能對(duì)石墨有一定潤(rùn)濕性 ,( 1000℃時(shí) ,θ=75o)，在 1000℃ 以下則 θ90o 不能潤(rùn)濕石墨。 總之， 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，石墨的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓寬，已成為高科技領(lǐng)域中新型復(fù)合材料的重要原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的作用。廣泛用于石油化工、原子能等工業(yè)領(lǐng)域。柔性石墨又稱(chēng)膨脹石墨，是年代開(kāi)發(fā)的一種新的石墨制品 。特別是其中硼含量應(yīng)少于 。此外石墨還可作真空冶煉的石墨隔熱板和底座，高溫電阻爐爐管，棒、板、格棚等元件。廣泛應(yīng)用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門(mén)，可節(jié)省大量的金屬材料。許多輸送腐蝕介質(zhì)的設(shè)備，廣泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和軸承，它們運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)勿需加入潤(rùn)滑油。其中以石墨電極應(yīng)用最廣，在冶煉各種合金鋼、鐵合金時(shí)，使用石墨電極，這時(shí)強(qiáng)大的電流通過(guò)電極導(dǎo)入電爐的熔煉區(qū)，產(chǎn)生電弧， 使電能轉(zhuǎn)化為熱能，溫度升高到左右，從而達(dá)到熔煉或反應(yīng)的目的 [4]。近年來(lái)，耐火材料工業(yè)中兩個(gè)重要的變化是鎂碳磚在煉鋼爐內(nèi)襯中被廣泛應(yīng)用，以及鋁碳磚在連續(xù)鑄造中的應(yīng)用 。 潤(rùn)滑性和可加工性，具良好的潤(rùn)滑性能，其摩擦系數(shù)在潤(rùn)滑介質(zhì)小于 。 化學(xué)穩(wěn)定性，常溫下具良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不受任何強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和有機(jī)溶劑的腐蝕。 2500℃ 時(shí)石墨的強(qiáng)度反而比 室溫時(shí)提高一倍 [2]。層內(nèi)原子作六方環(huán)狀排列，碳原子為三配位，碳原子的外層構(gòu)型為 S2P2，雜化作 SP2。 自然界純石墨很少，常含有 SiO Al2O FeO、 MgO、 CaO、 P2O CuO、 H2O、瀝青及粘土等雜質(zhì)，可多達(dá) 10～ 20%。 石墨質(zhì)軟，黑灰色；有油膩感，可污染紙張。 石墨的材料特性 石墨是碳質(zhì)元素結(jié)晶礦物，它的結(jié)晶格架為六邊形層狀結(jié)構(gòu)。 TC4 alloy。 關(guān)鍵詞： 石墨 ； TC4；接觸反應(yīng)焊； 界面組織 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract Research on this subject is graphite and TC4 alloy vacuum brazing technology,it mainly takes stock of the microstructure and the position of the tiein on 980℃ ,1000℃ with different heat preservation. he microstructure of the joints is analyzed by scanning electronic microscopy (SEM) equipped with energy disperse spectrum (EDS). The attachment ingredient is the Ti/C pound, Ti/Ni pound, the free state graphite, (α+β) the titanium alloy. The result showed that: with the other parameter no changing, the width of the welding line will reduce with the heat preservation increasing。通過(guò)分析各元素的含量分布，及在不同加熱溫度和不同保溫時(shí)間的元素分布曲線，我們知道接頭成分為 Ti/C 化合物、 Ti/Ni 化合物、游離態(tài)石墨、（ α+β）鈦合金。借助于掃描電鏡和能譜分析等分析測(cè)試手段，分析了接頭的微觀組織結(jié)構(gòu)。 最終確定 石墨 /TC4 合金 的 接觸反應(yīng)焊接合適的 焊接工藝參數(shù) 為：當(dāng)中間層是 Ni箔時(shí)， 加熱溫度 980℃ ，保溫時(shí)間 3min；當(dāng)中間層是 Cu/Ni 箔時(shí)，加熱溫 度 980℃ ，保溫時(shí)間 。 when the middle layer of Cu/Ni foil, heating temperature of 980℃ insulation time . Keywords: graphite。 歸結(jié)而言：接觸反應(yīng)釬焊是一種依靠材料間的共晶反應(yīng)所產(chǎn)生的液相合金來(lái)實(shí)現(xiàn)連接的“自釬料”釬焊技術(shù) 。解理面以分子鍵為主，對(duì)分子吸引力較弱，故其天然可浮性很好。在隔絕氧氣條件下，其熔點(diǎn)在 3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。層內(nèi)原子間距 ，層間距 。 耐高溫性，石墨是碳的高溫變體，是目前已知的最耐高溫的材料之一，熔點(diǎn)高達(dá)3850℃ ， 4500℃ 才氣化。石墨的導(dǎo)熱性能超過(guò)鋼、鐵、江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 鋁，且具有異常導(dǎo)熱性，即導(dǎo)熱率隨溫度的升高而降低，在極高的溫度下則趨于絕熱。石墨的熱穩(wěn)定性良好，膨脹系數(shù)小 （ 106/℃ ），高溫下能經(jīng)受溫度劇烈變化而不破壞，且其體積變化不大。 石墨的應(yīng)用及用途 石墨的一個(gè)主要用途是生產(chǎn)耐火材料，包括耐火磚，坩堝，連續(xù)鑄造粉，鑄模芯 ，鑄模 ， 洗滌劑和耐高溫材料。 石墨在電氣工業(yè)中廣泛用來(lái) 制 作電極、電刷、碳棒、碳管、水銀整流器的正極、石墨墊圈、電話(huà)零件、電視機(jī)顯像管的涂層等等。潤(rùn)滑油往往不能在高速、高溫、高壓的條件下使用，而石墨耐磨材料可以在 200～ 2020℃ 溫度中在很高的滑動(dòng)速度下，不用潤(rùn)滑油工作。經(jīng)過(guò)特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好，滲透率低等特點(diǎn)， 就大量用于制作熱交換器，反應(yīng)槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過(guò)濾器、泵設(shè)備。單晶硅的晶體生長(zhǎng)坩堝，區(qū)域精煉容器，支架夾具，感應(yīng)加熱器等都是用 高純石墨加工而成的。作為原子反應(yīng)堆用的石墨純度要求很高，雜質(zhì)含量不應(yīng)超過(guò)幾十個(gè) ppm。 柔性石墨制品。 因此，是一種理想的密封材料。它是一種很好的節(jié)能環(huán)保材料，美國(guó)已 用它 作 為汽車(chē)電池。早在 60 年代初，前蘇聯(lián)學(xué)者曾用座滴法對(duì) 20 多種純金屬測(cè)定了它們?cè)谝簯B(tài)下與石墨表面的潤(rùn)濕角。研究表明活性元素 Ti 的含量對(duì)石墨 /Ni + Ti 體系潤(rùn)濕性有顯著影響。例如 AuNi 共晶液相對(duì)石墨不潤(rùn)濕，但假如了 Ta 或Mo 所構(gòu)成的 AuNiTa 和 AuNiMo 三元合金則對(duì)石墨有良好潤(rùn)濕性 。而對(duì)于 高密度石墨，釬料很難滲入石墨表面層，相對(duì)降低了釬料與石墨的結(jié)合力。 在常溫下，鈦及鈦合金是比較穩(wěn)定的。焊縫含氫量變化對(duì)焊縫沖擊性能影響最為顯著，其主要原因是隨縫含氫彈量增加，焊縫中析出的片狀或針狀 TiH2增多。 （ 3） 氮的影響 在 700℃以上的高溫下，氮和鈦發(fā)生劇作用，形成脆硬的氮化鈦（ riN）而且氮與鈦形成間隙固溶體時(shí)所引起的晶格歪挪程度，比是量的氧引起的后果更為嚴(yán)重，因 此，氮對(duì)提高工業(yè)純鈦焊縫的抗拉強(qiáng)度、硬度，降低焊縫的塑性性能比氧更為顯著。