空氣舵用Si3N4及Cf-SiC陶瓷的連接及其模擬件接頭設(shè)計(jì).pdf

1、本文針對空氣舵用Si3N4陶瓷及Cf/SiC復(fù)合材料采用Yb(或Y)-Al-Si-O-N玻璃焊料的設(shè)計(jì)，獲得了以原位生成較多β-Sialon和適量玻璃相為中間層的Si3N4/Si3N4陶瓷接頭及Si3N4/Cf/SiC復(fù)合材料接頭。研究了摻雜不同稀土和不同摩爾比的Si3N的焊料及連接工藝參數(shù)對接頭組織與性能的影響規(guī)律；討論了接頭界面的連接機(jī)理，評價(jià)了接頭的抗熱震性和高溫抗氧化性；并利用ABAQUS有限元模擬軟件對結(jié)構(gòu)模擬件進(jìn)行焊接冷卻后

2、應(yīng)力場分布分析，實(shí)現(xiàn)了模擬件的接頭設(shè)計(jì)。
　　研究發(fā)現(xiàn)，隨著焊料中Si3N4摩爾比的增大，焊料的粘度逐漸增大，與母材的潤濕性變?nèi)酰院缚p逐漸變寬，同時(shí)焊縫中的β-Sialon相逐漸增多，并由粗大狀逐漸變?yōu)榧?xì)小的針狀組織。當(dāng)施加的壓力增加時(shí)，能夠減小焊縫的寬度，并能減少Si3N4摩爾比過大引起的接頭處的孔洞和裂紋等缺陷。在溫度1550℃，施加壓力為0.6MPa、保溫時(shí)間30min的連接工藝下，使用Y-6SN焊料所得接頭的室溫彎曲強(qiáng)

3、度達(dá)到了217MPa；在相同連接工藝下，使用Yb-8SN焊料連接氮化硅陶瓷得到的連接接頭的室溫彎曲強(qiáng)度最高達(dá)到了244MPa，且在1600℃、壓力0.6MPa連接時(shí)，也達(dá)到了233MPa的高強(qiáng)度。進(jìn)行氮化硅陶瓷與Cf/SiC復(fù)合材料連接時(shí)，當(dāng)焊料成分為Yb-6SN，連接工藝為1550℃、保溫30min、壓力1.5MPa時(shí)獲得接頭室溫剪切強(qiáng)度最高為43MPa。
　　Si3N4陶瓷連接接頭的試樣熱震試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著焊料中Si3N4含

4、量的增加，試樣的熱震性能改善，采用Yb-8SN焊料的試樣在ΔT=1175℃下經(jīng)10次熱震試驗(yàn)結(jié)束后，組織樣仍未發(fā)現(xiàn)有明顯的缺陷存在，殘余強(qiáng)度測試時(shí)斷裂發(fā)生在母材弱化區(qū)域；采用Yb-6SN焊料連接的Si3N4/Cf/SiC復(fù)合材料試樣接頭具有良好的抗熱震性和抗氧化性，1200℃氧化12h后接頭殘余強(qiáng)度仍為原來強(qiáng)度的62.8％。設(shè)計(jì)了一系列不同配合角度的待接結(jié)構(gòu)模擬件，利用ABAQUS有限元模擬軟件對不同尺寸的舵狀模擬件接頭進(jìn)行了模擬研究。