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C/C复合材料具有优异的高温性能以及良好的耐烧蚀能力,还具备低密度、低热膨胀系数等优点,常被用作火箭发动机喷管的结构材料,因此实现其自身的可靠连接具有重要应用价值。钎焊C/C复合材料时,母材与金属钎料之间显著的物理及力学性能差异易在钎焊接头中产生较大的残余热应力,降低接头力学性能。本文采用石墨烯海绵(GAI)作为中间层,通过GAI与Ag Cu Ti钎料中的Ti发生原位反应引入Ti C增强相,调节接头的线膨胀系数,实现C/C复合材料的高质量连接。采用Ag Cu Ti钎料复合GAI钎焊C/C复合材料,能有效减少界面孔洞缺陷,实现高质量连接。在钎焊温度为860℃,保温时间为20min的工艺参数下,接头典型界面结构可表示为:C/C/Ti C+Cu Ti+Cu2Ti+Cu Ti/Ag(s,s)+Cu(s,s)+Ti C/Cu Ti+Cu2Ti+Cu Ti+Ti C/C/C。探索了GAI厚度对接头界面组织的影响,当厚度为3mm时焊缝成形性最好。研究了钎焊温度和保温时间对接头界面结构和力学性能的影响,结果表明,随着钎焊温度的升高或保温时间的延长,Cu2Ti化合物在钎缝中的体积分数逐渐降低,GAI与Ti反应生成的条纹状组织逐渐增多。钎焊温度对接头力学性能的影响比保温时间的影响更为显着。在钎焊温度为890℃,保温时间为20min的钎焊工艺参数下,添加GAI的接头抗剪强度达到最高值55MPa,相比于直接钎焊接头抗剪强度的35MPa提高了57%。接头断裂形式由C/C母材断裂转变为自母材向钎缝扩展的复合断裂。通过热力学分析,揭示了添加GAI的接头典型界面结构的演化机制分为溶解扩散、界面层反应、组织稳定化和冷却凝固四个阶段。在钎焊温度为860℃,保温时间为20min的工艺参数下,石墨烯纳米片反应后有一定比例的残留,界面结构为钎料基体/Ti C反应层/残余石墨烯。其中,Ti C反应层和残余石墨烯界面紧密结合,没有缺陷产生。在靠近界面的石墨烯一侧,发生了Ti C颗粒的嵌入以及石墨烯向非晶化碳的转变。温度升高会使纳米晶Ti C反应层中的晶界逐渐变得不稳定,最终晶粒破碎成为离散的Ti C纳米颗粒。对加入GAI前后的复合材料进行原位拉伸试验,分析接头中应变分布情况,发现加入GAI后可以在一定程度上改善接头中应变分布不均的情况,缓解残余热应力问题。通过力学模型理论计算接头残余应力值,发现GAI的引入能有效缓解C/C母材中的残余应力。利用有限元方法模拟了GAI对接头残余应力分布的影响,发现GAI原位生成的Ti C相能显着减小接头应力集中,降低C/C侧母材的应力峰值,从而提高接头的力学性能。