【正文】 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行釬焊。因此，真空釬焊接頭的形成，包含三個相互有關(guān)的過程。在一般釬焊方法中，主要是通過釬劑的化學(xué)作用或介質(zhì)氣體的還原作用去除氧化膜的。為了實現(xiàn)釬焊過程，必須徹底清除并防止繼續(xù)生成這種氧化薄膜。真空釬焊時，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全部釬焊間隙，并與母材基體金屬很好地進行相互的物理化學(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。真空釬焊對釬焊前零件表面粗糙度、裝配質(zhì)量、配合公差等的影響比較敏感，江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）11對工作環(huán)境和工人理論水平要求較高，應(yīng)用受到一定的限制。真空釬焊的缺點：在真空條件下金屬易于揮發(fā)，因此對含易揮發(fā)元素的基本金屬和釬料不宜使用真空釬焊。(8)開闊了設(shè)計產(chǎn)品的設(shè)計途徑，對帶有狹窄溝槽極小的過度臺盲孔的部件和密容器形狀復(fù)雜的零件組圖均可采用，無須考慮由釬劑引起的腐蝕，清洗，破壞等問 3個因素:充滿接頭的釬料，防止氧化的真空和零件的加熱方法。(6)可一次釬焊多道臨近的釬縫，或同爐釬焊多個組件，釬焊效率高。(5)可將零件熱處理工序在釬焊工藝過程中同時完成。(3)基體金屬了釬料周圍存在低壓，能夠排除金屬在釬焊溫度下釋放出來的揮發(fā)氣體和雜質(zhì)，可使基體金屬性能得以改善。 真空釬焊的優(yōu)缺點真空釬焊的的優(yōu)點:(1)全部釬焊過程，被釬焊零件處于真空條件下，不會出現(xiàn)氧化，添碳，脫碳及污染變質(zhì)等現(xiàn)象。當(dāng)間隙一定時，提高釬江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）10焊溫度或延長釬焊保溫時間，增加硼、硅等形成化合物的元素就容易擴散到基體金屬中，但由于結(jié)晶時間較短，就可減少或避免金屬間化合物的形成。當(dāng)釬料中含硼量高于 4%時，即可形成 Ni2B 的金屬間化合物。（2）金屬間化合物金屬間化合物一般硬而脆，會降低接頭的塑性和強度，特別是當(dāng)化合物形成連續(xù)層時，影響更大。（1）釬縫組織在合金狀態(tài)圖上，如果基體金屬能與釬料形成固溶體，或者基體金屬與釬料合金的基本元素相同，則可得到固溶體組織的釬焊縫。但溶解量不適當(dāng)時，則使釬料的熔點提高，從而產(chǎn)生焊不透等缺陷。基體金屬在液態(tài)釬料中溶解如果基體金屬和液態(tài)釬料是互溶的，在釬焊過程中，一部分基體金屬有可能溶解于釬料中。擴散的結(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，釬料組元會向基體金屬的晶界，形成的低熔共晶體叫做晶間滲入。釬料元素向基體金屬的擴散釬焊時，釬料中合金元素會從高濃度向低濃度擴散，擴散量和擴散速度除了與元素的濃度梯度有關(guān)外，還與擴散面積和擴散時間成正比。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)釬料如果能夠潤濕基體金屬，則在毛細(xì)作用下填滿接頭間隙，形成釬焊接頭。液態(tài)釬料潤濕基體金屬表面是形成釬焊接頭的必要條件。 真空釬焊原理真空釬焊時去除氧化膜的機理主要有：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，對于鋁合金而言，由于江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）9Al2O3 與碳作用生成了低價氧化物；鈦合金則是因為表面化合物增厚而破裂。連接某一材料所需的壓力應(yīng)足以消除工件表面微觀的不平度。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，來連接兩個和兩個以上的表面，隨后表面上產(chǎn)生的擴散過程提高了這一連接的強度。 使用真空釬焊的原因真空釬焊是在真空氣氛中不用施加釬劑而連接零件的一種先進的工藝方法，可以釬焊那些用一般方法難以連接的材料和結(jié)構(gòu)，而得到光潔的致密，其具有優(yōu)良的力學(xué)性能和抗腐蝕性能的釬焊接頭 [15]。（2）石墨的線膨脹系數(shù)遠(yuǎn)低于大多數(shù)金屬材料，在焊接降溫過程中接頭處會產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力，且石墨的抗拉強度很低，極易產(chǎn)生裂紋，使接頭的強度下降。特別是，由于擴散焊方法對母材組織和性能的影響較小；母材焊接變形較小；因此擴散焊方法成為一種比較普遍的研究石墨與金屬的連接方法 [13]。因為石墨的熔點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散焊、釬焊。但石墨材料的抗拉強度很低，塑性差，其線脹系數(shù)則遠(yuǎn)比一般金屬為低，僅為（~）10 6/℃[12]。但是由于石墨的原子鍵結(jié)合得很牢固，在高溫下強度大，吸收熱中子截面小，導(dǎo)熱性好，具有極高的熔點（升華溫度）和耐熱沖擊性能。上述問題的存在，不但使得異種材料連接困難，而且還影響到接頭組織、性能和力學(xué)行為，甚至嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的完整性和可靠性。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，對連接方法要求比較苛刻。由于其具有良好的綜合性能，在航空航天、空間技術(shù)、核工業(yè)、微電子、汽車、石油化工等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。cm2退火 931 10 淬火時效 1080 8 ——江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）7 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題。150~500℃以下且有較好的耐熱性，并有良好的低溫韌性和良好的抗海水應(yīng)力腐蝕及抗熱鹽應(yīng)力腐蝕能力。TC4 這類合金在高溫是 α+β 型兩相組織，因而得名為 α+β 型鈦合金。它句用很高的強度，良好的塑性，的物理化學(xué)性能中最為特出的是比強度高。另外，鈦合金還具有塑性好，容易加工成型的特點。鈦合金具有質(zhì)量輕，比強度高，耐腐蝕，國具有豐富的鈦礦資源，其儲量位距世界前列約占世界的 20%，為我國鈦合金工業(yè)的發(fā)長提供了良好的基礎(chǔ)。 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 、Ti624Ti1023 、Ti1053 、Ti102BTBT20 、IMI82IMI834 等 [7,8]。結(jié)構(gòu)鈦合金向高強、高塑、高強高韌、高模量和高損傷容限方向發(fā)展。耐熱鈦合金的使用溫度已從 50 年代的 400℃提高到 90 年代的江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）6600～650℃。其他許多鈦合金都可以看做是 Ti6Al4V 合金的改型。世界上許多國家都認(rèn)識到锨合金材料的重要性，相繼對其進行研究開發(fā)，并得到了實際應(yīng)用。因此，鈦及鈦合金母材%，焊縫含碳量不超過母材含碳量。 ? （4）碳的影響 碳也是鈦及鈦合金中常見的雜質(zhì)，實驗表明，%時，碳因深在 α 鈦中，焊縫強度極限有些提高，塑性有些下降，但不及氧氮的作用強烈。為了保證焊接接應(yīng)的性能，除了在焊接過程中嚴(yán)防焊縫及焊按熱影響區(qū)發(fā)主氧化外，同時還應(yīng)限制基本金屬及焊絲中的含氧量。TiH2強度很低，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；焊縫含氫量變化對強度的提高及塑性的降低的作用不很時顯。 ? 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）5（1）氫的影響 氫是氣體雜質(zhì)中對鈦的機械性能影響最嚴(yán)重的因素。但試驗表時，在焊接過程中，液態(tài)熔滴和熔池金屬具有強烈吸收氫、氧、氮的作用，而且在固態(tài)下，這些氣體已與其發(fā)生作用。 鈦的焊接性 [6]:鈦及鈦合金的焊接性能，具有許多顯著特點，這些焊接特點是由于鈦及鈦合金的物理化學(xué)性能決定的。 鈦合金的特性鈦是 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有比強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域。對于孔隙率很大的石墨，會由于釬料過多地滲入石墨內(nèi)部而使釬焊表面釬料不足。各種活性元素所以能改善液態(tài)金屬對石墨的潤濕性的機理，主要是由于它們在接觸界面處偏析，并與石墨產(chǎn)生強烈化學(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。在眾多關(guān)于石墨的釬焊研究報導(dǎo)中，都指出一些強烈生成碳化物元素（多數(shù)為過渡族元素），例如 Ti、Ta、Zr 、Nb 、V 和 Mo 等可以改善液態(tài)金屬對石墨的潤濕性，即使這些液態(tài)金屬是對石墨完全不發(fā)生相互作用的非過渡族元素，如 Au、Ag、Cu、Sn 等或它們的合金。質(zhì)量分?jǐn)?shù)少于 30%時,接觸角的變化規(guī)律性不強。在純金屬中加入 Ti 等強碳化物元素能夠降低熔點改善潤濕性。所得結(jié)果顯示，過渡族元素一般能對石墨潤濕，而非過渡族只有 Al 和 Si 能對石墨潤濕，但 Al 在 1000℃以上時才能對石墨有一定潤濕性,( 1000℃時,θ=75o)，在 1000℃以下則 θ90o 不能潤濕石墨。對于石墨的潤濕問題，許多學(xué)者曾作了詳細(xì)研究?？傊?，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，在國民經(jīng)濟中具有重要的作用。此外，石墨還是輕工業(yè)中玻璃和造紙的磨光劑和防銹劑，是制造鉛筆、墨汁、黑漆、油墨和人造金剛石、鉆石不可缺少的原料。廣泛用于石油化工、原子能等工業(yè)領(lǐng)域。這種產(chǎn)品除具有天然石墨所具有的特性外，還具有特殊的柔性和彈性。柔性石墨又稱膨脹石墨，是年代開發(fā)的一種新的石墨制品。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對石墨也開發(fā)了許多新用途。特別是其中硼含量應(yīng)少于 。作為動力用的原子能反應(yīng)堆中的減速材料應(yīng)當(dāng)具有高熔點，穩(wěn)定，耐腐蝕的性能，石墨完全可以滿足上述要求。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。生產(chǎn)硬質(zhì)合金等粉末冶金工藝，通常用石墨材料制成壓模和燒結(jié)用的瓷舟。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，可節(jié)省大量的金屬材料。江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）3石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。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，它們運轉(zhuǎn)時勿需加入潤滑油。石墨在機械工業(yè)中常作為潤滑劑。其中以石墨電極應(yīng)用最廣，在冶煉各種合金鋼、鐵合金時，使用石墨電極，這時強大的電流通過電極導(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，從而達到熔煉或反應(yīng)的目的 [4]。目前在世界范圍內(nèi)鎂碳磚已大量用于煉鋼，并已成為石墨的一種傳統(tǒng)用途。近年來，耐火材料工業(yè)中兩個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。吸熱性和散熱性，具良好的吸熱性能，每 1kg 可吸收(~) 107J 熱量，而金屬材料每 1kg 的吸熱量為 107J；石墨的散熱性能與金屬相當(dāng)。潤滑性和可加工性，具良好的潤滑性能，其摩擦系數(shù)在潤滑介質(zhì)小于 。在空氣 500℃開始氧化，700℃時水蒸氣可對其產(chǎn)生侵蝕，900℃時 CO2 也能對其產(chǎn)生侵蝕作用?；瘜W(xué)穩(wěn)定性，常溫下具良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不受任何強酸、強堿和有機溶劑的腐蝕。若將石墨定向排列，加溫、加壓制成定向石墨，其順向?qū)щ娦约s為反向?qū)щ娦缘?1000 倍，故可制成各種半導(dǎo)體材料和高溫導(dǎo)電材料。 2500℃時石墨的強度反而比室溫時提高一倍 [2]。層內(nèi)極強的結(jié)合、層間巨大的間距及弱鍵構(gòu)成了石墨結(jié)構(gòu)的主要特點，并決定了石墨的特殊性能 [1]。層內(nèi)原子作六方環(huán)狀排列，