1、第四章 復合材料的焊接第一節 金屬基復合材料的焊接材料種類材料種類特性特性金屬材料金屬材料強度大，易腐蝕強度大，易腐蝕無機非金屬材料無機非金屬材料硬度大，脆性大硬度大，脆性大高分子材料高分子材料質量輕，易老化質量輕，易老化 復合材料復合材料Composite material無處不在的復合材料無處不在的復合材料土房-草增強泥基復合材料 鋼筋混凝土建筑框架玻璃鋼撐桿復合材料在航天領域中的應用復合材料在航天領域中的應用主貨艙門主貨艙門- 碳纖維碳纖維/環氧樹脂環氧樹脂壓力容器壓力容器- 凱芙拉纖維凱芙拉纖維/環氧樹脂環氧樹脂主機隔框和翼梁主機隔框和翼梁- 硼硼/鋁復合材料鋁復合材料“哥倫比亞號哥倫

2、比亞號”航天飛機航天飛機發動機的噴管發動機的噴管- 碳碳/碳復合材料碳復合材料發動機組傳力架發動機組傳力架- 鈦基復合材料鈦基復合材料機身防熱瓦機身防熱瓦- 陶瓷基復合材料陶瓷基復合材料 1、復合材料基本概念、復合材料基本概念要給復合材料下一個嚴格精確而又統一的定義是很困難要給復合材料下一個嚴格精確而又統一的定義是很困難的。概括前人的觀點，有關復合材料的定義或偏重于考慮的。概括前人的觀點，有關復合材料的定義或偏重于考慮，或偏重于考慮，或偏重于考慮 FL. Matthews和和DRawlings認為，復合材料認為，復合材料是兩個或兩個以上是兩個或兩個以上，并應滿足下面，并應滿足下面三個條件：三個

3、條件： (1) 組元含量大于組元含量大于5； (2) 復合材料的性能顯著不同于各組元的性能，復合材料的性能顯著不同于各組元的性能， (3) 通過各種方法混合而成。通過各種方法混合而成。 按按Matthews和和Rawlings給出的定義，鋼鐵及其合金給出的定義，鋼鐵及其合金不應屬于復合材料，如不應屬于復合材料，如Co-Cr-Mo-Si合金不屬于復合材合金不屬于復合材料，因為這種合金經過料，因為這種合金經過過程；而僅有像過程；而僅有像SiC顆粒強化的顆粒強化的Al合金這種混合而成的材料才屬于復合材料。合金這種混合而成的材料才屬于復合材料。因此有人認為可將復合材料劃分為因此有人認為可將復合材料劃分

4、為廣義復合材料廣義復合材料和和狹義狹義復合材料復合材料。從廣義上講，復合材料是由從廣義上講，復合材料是由兩種或兩種以上不同兩種或兩種以上不同的組分的組分組合而成的材料。組合而成的材料。復合材料可定義為：復合材料可定義為：用經過選擇的、含一定數量比的兩種用經過選擇的、含一定數量比的兩種或兩種以上的組分（或稱組元），通過人工復合、組成多相、或兩種以上的組分（或稱組元），通過人工復合、組成多相、三維結合且各相之間有明顯界面的、具有特殊性能的材料。三維結合且各相之間有明顯界面的、具有特殊性能的材料。上述復合材料的定義較易被普遍接受，它不僅明確指上述復合材料的定義較易被普遍接受，它不僅明確指出復合材料是

5、出復合材料是“”和和“”材材料，而且還指明了復合材料的料，而且還指明了復合材料的及及（如簡單混合物、化合物、合金）（如簡單混合物、化合物、合金）。根據上述復合材料的定義，復合材料應不包括根據上述復合材料的定義，復合材料應不包括自然形自然形成的具有某些復合材料形態的物質、化合物、單相合金和成的具有某些復合材料形態的物質、化合物、單相合金和多相合金。多相合金。 滿足下列條件的材料稱為滿足下列條件的材料稱為復合材料復合材料： （1 1）復合材料必須是人造的，是人們根據需要設計制復合材料必須是人造的，是人們根據需要設計制造的材料；造的材料； （2 2）復合材料必須由兩種或兩種以上化學、物理性質復合材料

6、必須由兩種或兩種以上化學、物理性質不同的材料組分，以所設計的形式、比例、分布組合而成，不同的材料組分，以所設計的形式、比例、分布組合而成，各組分之間有明顯的界面存在；各組分之間有明顯的界面存在； （3 3）復合材料保持各組分材料性能的優點，并增加單復合材料保持各組分材料性能的優點，并增加單一組成材料所不能達到的綜合性能。一組成材料所不能達到的綜合性能。復合材料的組成基體基體Matrix增強相增強相Reinforcement界面界面Interface 復合材料的結構通常是一個相為連續相，稱為復合材料的結構通常是一個相為連續相，稱為；而；而另一相是以獨立的形態分布在整個連續相中的分散相，與連另一相

7、是以獨立的形態分布在整個連續相中的分散相，與連續相相比，這種分散相的性能優越，會使材料的性能顯著增續相相比，這種分散相的性能優越，會使材料的性能顯著增強，故常稱為強，故常稱為 ( (也稱為增強材料、增強相等也稱為增強材料、增強相等) )。復合材料的基體復合材料的基體 連續相連續相 起到將增強體黏結成整體，并賦予復合材料一定起到將增強體黏結成整體，并賦予復合材料一定的形狀、傳遞外界作用力、保護增強體免受外界的形狀、傳遞外界作用力、保護增強體免受外界環境侵蝕的作用。環境侵蝕的作用。 基體主要有聚合物、金屬、陶瓷、水泥基體主要有聚合物、金屬、陶瓷、水泥復合材料的界面復合材料的界面是指基體與增強物之間

8、是指基體與增強物之間化學成分化學成分有顯著變化的、有顯著變化的、構成構成彼此結合的、能起彼此結合的、能起載荷傳遞作載荷傳遞作用用的微小的微小區域區域。1 1、外力場、外力場2 2、基體、基體3 3、基體表面區基體表面區4 4、相互滲透區相互滲透區 5 5、增強劑表面區增強劑表面區 6 6、增強劑、增強劑 復合材料的界面示意圖復合材料的界面示意圖界面的特點界面的特點性能和結構上不同于基體和增強材料性能和結構上不同于基體和增強材料具有一定的厚度具有一定的厚度連接基體與增強體材料連接基體與增強體材料能夠傳遞載荷能夠傳遞載荷復合材料的性能取決于：復合材料的性能取決于： （1 1）基體和增強體的性能；基

9、體和增強體的性能； （2 2）增強體的含量、分布、形態及尺寸大小；增強體的含量、分布、形態及尺寸大小； （3 3）基體和增強體的界面結合強度。基體和增強體的界面結合強度。 以下面五點概括了以下面五點概括了：1、復合材料的、復合材料的組分和相對含量組分和相對含量是由是由人工選擇和設計人工選擇和設計的；的；2、復合材料是以、復合材料是以人工制造人工制造而非天然形成的（區別于具有而非天然形成的（區別于具有某些復合材料形態特征的天然物質）；某些復合材料形態特征的天然物質）；3、組成復合材料的某些組分在復合后仍然、組成復合材料的某些組分在復合后仍然保持其固有保持其固有的物理和化學性質的物理和化學性質（區

10、別于化合物和合金）；（區別于化合物和合金）；4、復合材料的、復合材料的性能性能取決于取決于各組成相性能的協同各組成相性能的協同。復合。復合材料具有新的、獨特的和可用的性能，這種性能是單個材料具有新的、獨特的和可用的性能，這種性能是單個組分材料性能所不及或不同的；組分材料性能所不及或不同的；5、復合材料是各組分之間、復合材料是各組分之間被明顯界面區分被明顯界面區分的多相材料。的多相材料。1234比強度與比強度與比模量高比模量高化學穩定性化學穩定性優良（管道）優良（管道）減摩、耐磨、減摩、耐磨、自潤滑性好自潤滑性好（摻入纖維）（摻入纖維）耐熱性高、耐熱性高、高抗沖擊性高抗沖擊性 、增強劑增強劑或者

11、或者基體基體是比重小的物質，或兩者的比重都是比重小的物質，或兩者的比重都不高，且都不是完全致密的；不高，且都不是完全致密的； 、增強劑多是強度很高的纖維。、增強劑多是強度很高的纖維。（指（指強度強度與與密度密度的比值）和的比值）和是各類材是各類材料中最高的。料中最高的。例如，例如，的密度為的密度為7.8 g/cm3。復合材料的密度為復合材料的密度為1.52.0 g/cm3，只有普通碳鋼的只有普通碳鋼的1/41/5，比鋁合金還要輕比鋁合金還要輕1/左右，而左右，而卻能超過普通碳鋼的卻能超過普通碳鋼的水平。水平。 對于有對于有要求的產品，設計時可以選用耐腐要求的產品，設計時可以選用耐腐蝕性能好的蝕

12、性能好的和和； 聚合物基復合材料具有優異的聚合物基復合材料具有優異的、也能也能、和和。因此它是一種優良的耐腐蝕材。因此它是一種優良的耐腐蝕材料，用其制造的料，用其制造的化工管道化工管道、貯罐貯罐、塔器塔器等具有較長的使用壽等具有較長的使用壽命、極低的維修費用。命、極低的維修費用。 陶瓷基復合材料具有優異的耐磨性。設計時可選用耐陶瓷基復合材料具有優異的耐磨性。設計時可選用耐磨性好的陶瓷基體和增強材料。磨性好的陶瓷基體和增強材料。金屬基和陶瓷基復合材料能在較高的溫度下長期使用，金屬基和陶瓷基復合材料能在較高的溫度下長期使用，但是聚合物基復合材料不能在高溫下長期使用，即使耐高溫但是聚合物基復合材料不

13、能在高溫下長期使用，即使耐高溫的聚酰亞胺基復合材料，其長期工作溫度也只能在的聚酰亞胺基復合材料，其長期工作溫度也只能在300 左左右。右。 復合材料在世界各國還沒有統一的名稱和命名方法，復合材料在世界各國還沒有統一的名稱和命名方法，比較共同的趨勢是根據比較共同的趨勢是根據來命名，通常來命名，通常有以下三種情況：有以下三種情況：2、復合材料的命名、復合材料的命名（1 1）強調基體時強調基體時以基體材料的名稱為主。如樹脂基復合以基體材料的名稱為主。如樹脂基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料等。材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料等。（2 2）強調增強體時強調增強體時以增強體材料的名稱為主。如

14、玻璃纖以增強體材料的名稱為主。如玻璃纖維增強復合材料、碳纖維增強復合材料、陶瓷顆粒增強維增強復合材料、碳纖維增強復合材料、陶瓷顆粒增強復合材料等。復合材料等。（3 3）基體材料基體材料名稱與名稱與增強體材料增強體材料并用。這種命名方法并用。這種命名方法常用來表示某一種常用來表示某一種具體的復合材料具體的復合材料，習慣上把，習慣上把增強體材增強體材料的名稱放在前面，基體材料的名稱放在后面料的名稱放在前面，基體材料的名稱放在后面。例如：例如：“玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料”，或簡，或簡稱為稱為“玻璃纖維玻璃纖維/環氧樹脂復合材料環氧樹脂復合材料或或玻璃纖維玻璃纖維/環氧

15、環氧”。而我國則常把這類復合材料通稱為而我國則常把這類復合材料通稱為“玻璃鋼玻璃鋼”。碳纖維。碳纖維和金屬基體構成的復合材料叫和金屬基體構成的復合材料叫“金屬基復合材料金屬基復合材料”，也，也可寫為可寫為“碳金屬復合材料碳金屬復合材料”。碳纖維和碳構成的復合。碳纖維和碳構成的復合材料叫材料叫“碳碳復合材料碳碳復合材料”。復合材料表示方法復合材料表示方法1 1）增強材料）增強材料/ /基體材料。基體材料。 如如WC/CoWC/Co（讀作：由碳化鎢增強的鈷基復合材料）；（讀作：由碳化鎢增強的鈷基復合材料）； SiCSiC（P P）/Al/Al（讀作：由碳化硅顆粒增強的鋁基復合材料）；（讀作：由碳化

16、硅顆粒增強的鋁基復合材料）； C C（f f）/EP/EP（讀作：由碳纖維增強的環氧樹脂復合材料）。（讀作：由碳纖維增強的環氧樹脂復合材料）。2 2）英文編號的縮寫。）英文編號的縮寫。 如如FRPFRP：纖維增強塑料（：纖維增強塑料（Fiber Reinforced PlasticsFiber Reinforced Plastics）；）； PMCPMC：聚合物基復合材料；：聚合物基復合材料； MMCMMC：金屬基復合材料；：金屬基復合材料； CMCCMC：陶瓷基復合材料；：陶瓷基復合材料； FRCFRC：纖維增強復合材料；：纖維增強復合材料；按照按照基體基體分類分類按照按照增強體增強體分類分

17、類、復合材料的分類、復合材料的分類復合材料的復合材料的可表示為：可表示為：古代古代近代近代先進復合材料先進復合材料學術界開始使用學術界開始使用“復合復合材料材料”（composite materials ）一詞大約一詞大約是在是在20世紀世紀40年代，當年代，當時出現了時出現了玻璃纖維增強玻璃纖維增強不飽和聚酯不飽和聚酯，開辟了，開辟了的新紀元。的新紀元。天然復合材料天然復合材料20世紀世紀80年代以后，年代以后，設計設計、制造制造和和測試測試等方面的知識等方面的知識和經驗的豐富，加上各類和經驗的豐富，加上各類作為復合材料基體的材料作為復合材料基體的材料的使用和改進，使的使用和改進，使的發展達

18、到了更高的發展達到了更高的水平，即進入的水平，即進入的發展階段。的發展階段。、復合材料發展概況、復合材料發展概況人類很早就人類很早就各種天然復合材料，并各種天然復合材料，并自然自然界制作各種各樣的復合材料。例如界制作各種各樣的復合材料。例如 陜西半坡人草梗合泥筑墻，且延用至今；陜西半坡人草梗合泥筑墻，且延用至今； 漆器麻纖維和土漆復合而成，至今已四千多年；漆器麻纖維和土漆復合而成，至今已四千多年； 敦煌壁畫泥胎、宮殿建筑里園木表面的披麻覆漆。敦煌壁畫泥胎、宮殿建筑里園木表面的披麻覆漆。古代古代天然復合材料天然復合材料近代近代，復合材料的發展始于，復合材料的發展始于20世紀世紀40年代，第二次世

19、界大戰中，年代，第二次世界大戰中，復合材料被美國空軍用于制造飛機構件開始復合材料被美國空軍用于制造飛機構件開始算起。算起。近現代近現代復合材料復合材料第一代：第一代：1940年到年到1960年，玻璃纖維增強塑料；年，玻璃纖維增強塑料；第二代：第二代：1960年到年到1980年，先進復合材料的發展時期年，先進復合材料的發展時期 1965年英國科學家研制出碳纖維；年英國科學家研制出碳纖維； 1971年美國杜邦公司開發出年美國杜邦公司開發出Kevler-49 （開芙拉（開芙拉-49 ）； 1975年先進復合材料年先進復合材料“碳纖維增強、及碳纖維增強、及Kevler纖維增強環氧樹脂復合纖維增強環氧樹

20、脂復合材料材料”已用于飛機、火箭的主承力件上。已用于飛機、火箭的主承力件上。第三代：第三代：1980年到年到1990年，纖維增強金屬基復合材料年，纖維增強金屬基復合材料 以鋁基復合材料的應用最為廣泛以鋁基復合材料的應用最為廣泛第四代：第四代：1990年以后，年以后，主要發展多功能復合材料，如機敏（智能）復合材料主要發展多功能復合材料，如機敏（智能）復合材料和梯度功能材料和梯度功能材料 縱觀復合材料的發展過程，可以看到：縱觀復合材料的發展過程，可以看到：早期發展出現的復合材料，由于性能相對比較低，生產早期發展出現的復合材料，由于性能相對比較低，生產量大，使用面廣，可稱之為量大，使用面廣，可稱之為

21、。后來隨著高技術發展的需要，在此基礎上又發展出性能后來隨著高技術發展的需要，在此基礎上又發展出性能高的高的。（）玻璃鋼和樹脂基復合材料（）玻璃鋼和樹脂基復合材料 非常成熟非常成熟 廣泛的應用廣泛的應用 （）金屬基復合材料（）金屬基復合材料 開發階段開發階段 某些結構件的關鍵部位某些結構件的關鍵部位 （）陶瓷基復合材料及功能復合材料等（）陶瓷基復合材料及功能復合材料等 尚處于研究階段尚處于研究階段 有不少科學技術問題有待解決有不少科學技術問題有待解決5、增強材料、增強材料 在復合材料中，凡是能提高基體材料力學性能的物質均在復合材料中，凡是能提高基體材料力學性能的物質均稱為稱為增強材料增強材料。

22、增強材料在復合材料中起增強作用，是主要的增強材料在復合材料中起增強作用，是主要的承力承力組分，組分，還能減少收縮，提高熱變形溫度和低溫沖擊強度。還能減少收縮，提高熱變形溫度和低溫沖擊強度。 復合材料的性能很大程度上取決于增強材料的復合材料的性能很大程度上取決于增強材料的性能性能、含含量量及及處理方法處理方法。顆粒增強型顆粒增強型非連續纖維增強型非連續纖維增強型板狀板狀(層片狀層片狀)增強型增強型連續纖維增強型連續纖維增強型 將熔化的玻璃以極快的速度抽拉將熔化的玻璃以極快的速度抽拉成細微的絲，即成為玻璃纖維。成細微的絲，即成為玻璃纖維。 細度在細度在3.821.6m, 脆性與直徑脆性與直徑的四次

23、方成正比。的四次方成正比。玻璃纖維的特點：玻璃纖維的特點：l 質地柔軟，可以織成質地柔軟，可以織成玻璃布，玻玻璃布，玻璃帶璃帶。l 玻璃纖維增強復合材料的機械強玻璃纖維增強復合材料的機械強度、物理性能、電性能及化學性度、物理性能、電性能及化學性能與能與玻璃的成分玻璃的成分，直徑直徑，細度細度有有直接關系。直接關系。 碳纖維特點碳纖維特點 將有機纖維燒結后得到的一種含碳量在將有機纖維燒結后得到的一種含碳量在9090以上的纖維。以上的纖維。其質輕而強度高，具有良好的潤滑及耐磨性能，其價格約其質輕而強度高，具有良好的潤滑及耐磨性能，其價格約為硼纖維的十分之一。為硼纖維的十分之一。 制備方法制備方法

24、原料纖維制造、纖維穩定處理和高溫碳化及石墨化燒結等原料纖維制造、纖維穩定處理和高溫碳化及石墨化燒結等工藝過程。工藝過程。 航空航天領域中，為獲航空航天領域中，為獲得得高比強度和高比彈性高比強度和高比彈性模量模量，開發新型增強纖，開發新型增強纖維維-硼纖維。硼纖維。 硼的熔點在硼的熔點在20002000以上，以上，硬度僅次于金剛石。硬度僅次于金剛石。纖維類型纖維類型拉伸強度拉伸強度彈性模量彈性模量比重比重硼纖維硼纖維3.6GPa3.6GPa400GPa400GPa2.572.57碳纖維碳纖維3.53GPa3.53GPa370GPa370GPa3 3 晶須晶須：截面積小于：截面積小于5.25.21

25、010-4-42 2，長徑比在，長徑比在101010001000單單晶體晶體。 晶體結構完整、內部缺陷較少，其強度和模量均接近完晶體結構完整、內部缺陷較少，其強度和模量均接近完整晶體材料的理論值，是目前發現的固體的整晶體材料的理論值，是目前發現的固體的最強形式最強形式。 是長在銀、銅等金屬上的象霉菌一樣的東西，可以從溶是長在銀、銅等金屬上的象霉菌一樣的東西，可以從溶液、熔液、固體中生成并生長，也可以通過氣相反應來液、熔液、固體中生成并生長，也可以通過氣相反應來制取。制取。1、金屬基復合材料 是以金屬及其合金為基體，與是以金屬及其合金為基體，與一種或幾種金屬或非金屬增強相人工合成的復合材料。其增

26、一種或幾種金屬或非金屬增強相人工合成的復合材料。其增強材料主要為無機非金屬，如：陶瓷、碳、石墨及硼等。強材料主要為無機非金屬，如：陶瓷、碳、石墨及硼等。 金屬基復合材料制備過程是在高溫下進行的，有的還在金屬基復合材料制備過程是在高溫下進行的，有的還在高溫下工作較長時間，因此界面的結合強度起到重要作用。高溫下工作較長時間，因此界面的結合強度起到重要作用。為什么會產生金屬基復合材料？為什么會產生金屬基復合材料？對材料的強韌性，導電、導熱性、耐高溫性、耐磨性等性對材料的強韌性，導電、導熱性、耐高溫性、耐磨性等性能都提出了越來越高的要求能都提出了越來越高的要求 要求材料具有更高的比強度和比模量要求材料

27、具有更高的比強度和比模量(剛度剛度) 纖維增強聚合物基復合材料不能在纖維增強聚合物基復合材料不能在300以上溫度下工作以上溫度下工作 聚合物基復合材料耐磨性差，不導電，不導熱，在使用期聚合物基復合材料耐磨性差，不導電，不導熱，在使用期間逐漸老化，變質，尺寸不夠穩定。間逐漸老化，變質，尺寸不夠穩定。（1）鋁基復合材料的性能和應用纖維增強鋁基復合材料具有比強度、比模量高，尺寸穩定性纖維增強鋁基復合材料具有比強度、比模量高，尺寸穩定性好等一系列優異性能好等一系列優異性能 ，目前主要用于航天領域，作為航天飛，目前主要用于航天領域，作為航天飛機、人造衛星、空間站等的結構材料。機、人造衛星、空間站等的結構

28、材料。 （2）鎂基復合材料的性能和應用鎂基復合材料是同類金屬基復合材料中比強度和比模量最高的一種，但鎂基復合材料是同類金屬基復合材料中比強度和比模量最高的一種，但由于價格昂貴目前只用于航空航天部門。由于價格昂貴目前只用于航空航天部門。 含硼纖維含硼纖維4045的硼的硼/鎂復合材料的拉伸強度為鎂復合材料的拉伸強度為11001200MPa，彈性，彈性模量模量220GPa，斷裂伸長，斷裂伸長0.5，泊松比，泊松比0.25。 加入少量的加入少量的SiC或或Al2O3顆粒在鎂或鎂合金中，明顯提高其耐磨性顆粒在鎂或鎂合金中，明顯提高其耐磨性 ，可，可用于制造油泵的泵殼體、止推板、安全閥等零部件用于制造油泵

29、的泵殼體、止推板、安全閥等零部件 。 石墨纖維增強鎂基復合材料由于具有最高的比強度和比模量、最好的抗石墨纖維增強鎂基復合材料由于具有最高的比強度和比模量、最好的抗熱變形阻力，成為理想的航天結構材料，已被用于制造衛星的熱變形阻力，成為理想的航天結構材料，已被用于制造衛星的10m直徑直徑的拋物面天線及其支架的拋物面天線及其支架 。 具有零膨脹系數的石墨具有零膨脹系數的石墨/鎂復合材料可用于航天飛機的大面積蜂窩結構鎂復合材料可用于航天飛機的大面積蜂窩結構蒙皮材料。蒙皮材料。2、金屬基復合材料的焊接性 基體：基體：金屬金屬(塑性、韌性好塑性、韌性好) 焊接性較好焊接性較好 增強相：增強相：非金屬非金屬

30、(高強度、高熔點、低線脹系數高強度、高熔點、低線脹系數) 焊接性較差焊接性較差 金屬基復合材料焊接的關鍵：金屬基復合材料焊接的關鍵：非金屬增強相與金屬基體以及非非金屬增強相與金屬基體以及非金屬增強相之間的結合問題金屬增強相之間的結合問題基體與增強相熱力學不穩定基體與增強相熱力學不穩定易發生化學反應易發生化學反應脆性相生產脆性相生產內因：二者的化學相容性內因：二者的化學相容性外因：溫度外因：溫度 例如：例如：Bf/Al復合材料復合材料 430左右，左右，B+AlAlB2 脆性脆性，導致界面強度下降，導致界面強度下降 例如：例如：Cf/Al復合材料復合材料 580左右，左右，C+AlAl4C3 脆

31、性脆性，導致界面強度下降，導致界面強度下降 例如：例如：SiCf/Al復合材料復合材料 SiC+AlAl4C3+Si Al4C3+H2OC2H2+Al(OH)3 導致低應力腐蝕開裂導致低應力腐蝕開裂 綜上，界面反應降低連接質量，要避免和抑制連接時基體和綜上，界面反應降低連接質量，要避免和抑制連接時基體和增強相之間的反應。增強相之間的反應。加入活性比基體金屬更強的元素加入活性比基體金屬更強的元素(目的：代替基體與增強相發目的：代替基體與增強相發生反應生反應) 例如：例如： SiCf/Al復合材料，加入復合材料，加入Ti元素元素 原來：原來：SiC+AlAl4C3+Si 加入加入Ti后：后：SiC

32、(固固)+Ti+Al(液液)TiC(固固)+Si+(Ti3Al+TiAl) TiC作為強化相存在；作為強化相存在；Si增加使反應向逆方向進行增加使反應向逆方向進行瞬時液相擴散焊時，選用能與基體生成低熔點共晶或熔點低瞬時液相擴散焊時，選用能與基體生成低熔點共晶或熔點低于基體金屬的合金作為中間層。于基體金屬的合金作為中間層。 控制加熱溫度和焊接時間控制加熱溫度和焊接時間 例如：降低熱輸入例如：降低熱輸入 固態焊固態焊 采用非活性的材料作為增強相采用非活性的材料作為增強相 例如：用例如：用Al2O3、B4C取代取代SiC增強增強Al基復合材料基復合材料物理相容性：基體與增強相熔點相差大物理相容性：基

33、體與增強相熔點相差大大量未熔增強相大量未熔增強相熔池流動性變差熔池流動性變差氣孔、未焊透、未熔合缺陷產生氣孔、未焊透、未熔合缺陷產生未熔質點偏聚，性能惡化未熔質點偏聚，性能惡化金屬基體熔化：熔焊機制金屬基體熔化：熔焊機制金屬基體與增強相：釬焊機制金屬基體與增強相：釬焊機制要求良好的要求良好的潤濕性解決措施解決措施l 采用流動性好的填充金屬，例如：高采用流動性好的填充金屬，例如：高Si焊絲焊絲l 采取相應的工藝措施減少復合材料的熔化，如加大坡口和采采取相應的工藝措施減少復合材料的熔化，如加大坡口和采用熱輸入小的用熱輸入小的TIG焊焊 基體與增強相線脹系數相差大基體與增強相線脹系數相差大較大的內應

34、力較大的內應力 焊縫中增強相體積分數小且不連續焊縫中增強相體積分數小且不連續焊縫與母材線脹系數相焊縫與母材線脹系數相差大差大較大的內應力較大的內應力 電弧焊時，電弧力電弧焊時，電弧力纖維偏移、斷裂纖維偏移、斷裂 擴散焊時，壓力過大擴散焊時，壓力過大增強纖維擠壓破壞增強纖維擠壓破壞 對接接頭，纖維無法對接對接接頭，纖維無法對接 對于連續纖維增強金屬基復合材料，由于在纖維方向上具有對于連續纖維增強金屬基復合材料，由于在纖維方向上具有很高的強度和模量，保證纖維的連續性是提高纖維增強金屬很高的強度和模量，保證纖維的連續性是提高纖維增強金屬基復合材料焊接接頭性能的重要措施，故必須基復合材料焊接接頭性能的

35、重要措施，故必須合理設計接頭形式。 熔池粘度大熔池粘度大氣孔難以逸出氣孔難以逸出存在氣孔存在氣孔 措施：措施：焊前母材和填充材料真空去氫處理焊前母材和填充材料真空去氫處理 熔池流動性差熔池流動性差顆粒增強相的偏聚顆粒增強相的偏聚結晶最后階段液態金結晶最后階段液態金屬的增強相含量較大屬的增強相含量較大結晶裂紋結晶裂紋 冷卻速度快冷卻速度快增強相被液增強相被液/固界面推移固界面推移偏聚偏聚3、各種連接工藝對金屬基復合材料的適應性分析 固態焊和釬焊明顯優于熔焊。固態焊和釬焊明顯優于熔焊。 首先，這些方法避免了復合材料的熔化。首先，這些方法避免了復合材料的熔化。 其次，可將連接溫度控制在基體與增強相不發生反應的其次，可將連接溫度控制在基體與增強相不發生反應的范圍內。范圍內。 這些方法的共同缺點是接頭形式的局限性較大；且工藝這些方法的共同缺點是接頭形式的局限性較大；且工藝復雜，生產率低，尤其是擴散焊。復雜，生產率低，尤其