牛芳芳

摘要：复合材料的连接包括自身的连接及其与金属之间的连接，其连接工艺比金属材料之间的连接复杂。文章对树脂基、金属基及陶瓷基复合材料的连接的研究现状进行了介绍，并对其发展前景进行了展望，指出连接工艺参数的的优化与探究及新的连接方式的发展是其今后研究和发展的方向。

关键词：树脂基复合材料;金属基复合材料;陶瓷基复合材料;连接技术

中图分类号：TB333 文献标志码：A 文章编号：1001—5922（2021）01—0058—03

0前言

复合材料由于其高的比强度、比模量，可设计性强，重量轻等优势在航空航天、船舶、机械工程、化工及公共基础设施等领域均发挥着重要作用，尤其在航空领域，飞机为了达到高强质轻的目标，大部分的结构件都采用复合材料来代替金属零部件。但由于复合材料属于各向异性材料，结构件随铺层设计不同，各个方向的性能不同，其连接部位的接头设计、强度分析都比传统材料要复杂，因此复合材料的连接技术的选择和设计在复合材料结构件装配过程显得尤为重要。本文将对各种复合材料的连接技术的研究现状进行分析。

1树脂基复合材料连接技术

树脂基复合材料根据树脂的形态和加工方式可分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料。树脂基复合材料的连接方式主要有机械连接（螺接和铆接）、胶接连接及混合连接。机械连接虽然连接结构强度高，但连接接头重量大，装配效率较低;胶接连接相比于机械连接，具有轻质、无破坏性、容易实现成型一体化，所以对于一些复杂结构件的连接多选择胶接方式。混合连接一般为胶一螺和胶一铆混合连接，使机械连接和胶接扬长避短，优势互补，满足更高的连接要求，也使结构件的连接安全性提高-z-。近年来，复合材料的设计者也对树脂基复合材料的连接做了大量的研究工作。

初明越等人对于玻璃纤维增强聚酰胺、聚甲醛、聚丙烯这3种热塑性树脂基复合材料的机械连接的接头的力学性能进行了研究，分析了机械接头尺寸（宽径比w/d（试样宽度/开孔直径）和端径比e/d（试样端距/开孔直径））对机械连接件破坏载荷和破坏模式的影响，结果表明，接头尺寸对于机械连接制件的承载能力有着重要的影响。李仁政对碳纤维增强树脂基复合材料机械连接孔擠压强化技术进行了研究，复合材料机械连接技术中，紧固件孔导致的应力集中会使碳纤维复合材料性能下降，利用孔挤压强化技术可有效提高复合材料机械连接件的耐疲劳性。李佳对玻璃纤维增强树脂基复合材料板的自插式胶接连接及其力学性能进行了研究，结果发现搭接长度变长，接头承载力提高，搭接面数量增加使接头承载力明显提升。由此可见，对于树脂基复合材料的胶接连接，胶接接头的设计对于复合材料力学性能及整个胶接结构的稳定性尤其重要。耿正等人研究了热塑性短碳纤维增强的聚苯硫醚基复合材料与铝合金的胶接连接，铝合金经过等离子体处理，利用汉高E-120HP环氧胶粘剂，完成了复合材料与铝合金的胶粘连接，通过接头强度测试，获得了良好的胶接界面。刘斌研究了碳纤维/树脂基复合材料阶梯式胶接结构，研究结果表明阶梯形状具有较好的工艺性，此结构在拉伸过程中竖直台阶处最先破坏。

由此可以看出，树脂基复合材料要取得良好的连接效果，在连接工艺中接头形式的选择、紧固件的选择、胶接结构的选择、胶黏剂的选择等其他工艺因素的控制是关键。

2金属基复合材料连接技术

金属基复合材料是以金属合金为基体，颗粒、晶须、纤维为增强体通过一定复合方式得到的一种复合材料。目前常用的主要是以轻合金（铝合金、镁合金、钛合金）为基体的金属基复合材料，其中以铝基复合材料应用最广泛，发展最迅速。所以此处主要分析了铝基体复合材料的连接技术研究现状。

铝基体复合材料的连接方式目前研究最多的有熔化焊连接、固相连接、钎焊等。熔化焊连接包括电弧焊、电子束焊和激光焊等，是应用广泛、成本低廉的比较成熟的连接方式，但对于连续纤维增强铝基复合材料由于在熔化焊接过程中的高温会使纤维熔化，影响连接效果，所以使用受到限制固相连接包括摩擦焊接、扩散连接，以扩散连接为主。固相连接所需的工艺温度低，解决了复合材料在焊接过程中的熔化问题，是目前研究比较多的一种连接方式。钎焊由于其连接温度低、工艺简单、适用范围广，既可用于颗粒、晶须增强铝基复合材料又可以用于连续纤维增强铝基复合材料。钎焊包括电阻钎焊、真空钎焊和保护气氛炉中钎焊3种类型，在钎焊工艺中搭接接头选择、焊料的选择、温度的控制对于获得良好的连接效果非常重要翻。

郭磊磊对于SiC颗粒增强铝基复合材料连接技术进行了总结分析，分析了各种连接方式的优缺点、适用范围及对于新型连接方式的展望;谢超杰等人研究了碳纤维增强铝基复合材料的与连接技术，指出碳纤维与铝合金基体之间的组织与性能相差较大，所以其连接技术难度较大，一般可以采用熔焊、固相连接、钎焊等方式连接;程东锋以相控阵雷达T/R模块封装用高体积分数SiC颗粒增强6063A1基复合材料为研究对象，研究了铝基复合材料的激光纳米钎接技术，结果发现激光功率、离焦量和焊接速度等工艺参数的优化匹配可获得优良的接头性能;张恒泉究了Si_p/6063铝基复合材料激光熔化沉积连接技术，结果表明，Si_p/6063A1复合材料的连接效果良好;张智慧研究了氮化硅增强铝基复合材料的钎焊工艺，研究了3种不同钎料的连接机理和连接工艺，研究结果表明，3种钎料都可以完成铝基复合材料的钎焊工艺过程，且连接效果好。

金属基复合材料可以采用熔焊、固相连接、钎焊等连接方式，其中钎焊连接工艺研究及应用的最多。不论哪一种连接方式，接头形式的选择及工艺参数的控制是保证良好连接效果的关键。

3陶瓷基复合材料连接技术

陶瓷基复合材料是以结构陶瓷为基体，高强度纤维、晶须、颗粒作为增强体，通过一定方式复合而成的复合材料，主要有氧化铝基、碳化硅基、氮化硅基复合材料，其中碳化硅基复合材应用最广泛，发展最快。与树脂基复合材料和金属基复合材料相比，陶瓷基复合材料的耐高温性、耐腐蚀性、抗氧化性都是其主要的优势。目前航空航天的热端部件尤其是航空发动机都倾向于陶瓷基复合材料代替高温合金。

粘接和机械连接均不能满足陶瓷基复合材料的连接要求，故陶瓷基体复合材料主要采用焊接连接方式，常用的焊接方法主要为钎焊和扩散焊。

在焊接过程中，为了保证良好的连接效果，陶瓷基复合材料的性能要求、焊接温度的选择、钎料的选择、中间层材料的选择等其他工艺因素的控制都显得尤为重要。对于陶瓷基复合材料的连接技术，相关研究者也有不少的研究方法和成果。

金属钎焊广泛应用于陶瓷基复合材料的连接工艺。柏棣星以Ti-Zr-Ni-Cu基复合钎料连接Cf/SiC与金属Nb，研究发现，随着连接温度的升高，焊缝宽度与致密性下降，在930%的钎焊温度下保温20min，接头剪切强度最高可达49.5MPa;李冰通过用不同钛含量的钎料对C/SiC复合材料进行活性钎焊研究，通过对比钎焊效果，其研究结果发现采用Ag-Cu+Ti组合钎料连接效果良好且可以获得优异的综合性能。

瞬间液相扩散焊具备固相扩散焊和钎焊两种焊接方式的优点，不仅可以降低焊接时的温度并且可以提升接头的使用温度，陶瓷基复合材料采用瞬间液相扩散焊可以实现整体完整化连接。何忝锜对Ti（c，N）-Alo23陶瓷基复合材料采用Ti箔/Cu箔/Ti箔复合中间层进行部分瞬间液相扩散连接，研究发现在焊接温度1050℃、保温15min的工艺参数下得到最大的抗弯强度，为207MPa;郭沁涵通过Cu-Ti非晶/Cu/Ag-Cu复合层对Ti（c，N）-Al2O3/40Cr进行了辅助脉冲电流扩散连接，结果表明，保温时间和占空比对接头的组织与性能都有一定的影响。

4展望

复合材料的应用领域在不断地扩大，连接技术的也在不断的发展，新的连接技术不断出现。目前树脂基复合材料以机械连接和胶接连接为主，金属基复合材料和陶瓷基复合材料以焊接连接方式为主，这些比较成熟的连接工艺的工艺控制及新的连接方式还有待进一步的研究。今后的研究中，应对复合材料连接技术不断优化，在改善连接效果的同时，能使工艺成本不断降低，发展处更加经济有效的连接方式，不断推进复合材料装配技术的发展。