Al2O3陶瓷的自身晶須連接及其與TC4鈦合金的釬焊研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TG454學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào)：621.791.1密級(jí)：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文Al2O3陶瓷的自身晶須連接及其與TC4鈦合金的釬焊研究碩士研究生：李淳導(dǎo)師：曹健副教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：材料加工工程所在單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2013年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要在陶瓷與金屬的連接過程中，由于陶瓷與金屬間的物理性質(zhì)差異較大，易在接頭中形成較大的殘余應(yīng)力，削

2、弱接頭的性能。本課題采用陶瓷表面原位生長(zhǎng)晶須的方法來連接陶瓷自身和陶瓷金屬。當(dāng)連接陶瓷自身時(shí)，通過在陶瓷表面與焊縫內(nèi)部生長(zhǎng)晶須實(shí)現(xiàn)陶瓷的連接；連接陶瓷與金屬時(shí)，首先在陶瓷表面生長(zhǎng)晶須，而后與金屬進(jìn)行釬焊連接。利用掃描電鏡及能譜分析、X射線衍射分析、強(qiáng)度測(cè)試等方法，研究了不同工藝參數(shù)下生長(zhǎng)晶須的形貌，以及直接利用晶須連接陶瓷和陶瓷表面晶須化后與金屬釬焊接頭的組織及性能的變化規(guī)律。利用B2O3和Al2O3為原料，分別以K2SO4，F(xiàn)e2O3

3、，MnO2為助熔劑在Al2O3陶瓷表面原位生長(zhǎng)了Al18B4O33和Al4B2O9晶須，晶須長(zhǎng)度約為520μm，直徑大約為12μm。隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)與煅燒溫度的升高，晶須的長(zhǎng)度先有所增加，而后基本保持不變。當(dāng)利用K2SO4為助熔劑時(shí)，晶須的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，可達(dá)1520μm，生長(zhǎng)方向大多與陶瓷表面夾角較小；以MnO2為助熔劑時(shí)，晶須生長(zhǎng)方向大多與陶瓷表面夾角較大。采用Al2O3B2O3粉末中間層通過在焊縫內(nèi)與陶瓷表面生長(zhǎng)Al4B2O9和Al1

4、8B4O33晶須實(shí)現(xiàn)了Al2O3陶瓷自身的連接，連接采用多次熱循環(huán)的加熱方式，當(dāng)接頭所經(jīng)歷的熱循環(huán)次數(shù)增加時(shí)，焊縫內(nèi)的組織變化規(guī)律為：不致密的組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫ы殻缓筠D(zhuǎn)變?yōu)榫ы氈旅芙M織，最后轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅芙M織。而當(dāng)連接溫度增加時(shí)，接頭組織的變化規(guī)律與接頭所經(jīng)歷的熱循環(huán)次數(shù)增加時(shí)的相類似。接頭的最高強(qiáng)度可在800℃，經(jīng)歷4個(gè)熱循環(huán)時(shí)達(dá)到，強(qiáng)度值為90.3MPa。采用AgCu釬料實(shí)現(xiàn)了表面生長(zhǎng)晶須的Al2O3陶瓷與TC4鈦合金的連接。從Al2O3陶

5、瓷到TC4鈦合金側(cè)接頭界面組織依次為：Al2O3陶瓷Ti4(AlCu)2OAg(ss)Ti4(AlCu)2OTiB2Al2TiO5Ag(ss)Ti3Cu4TiCuTi2CuαβTiTC4鈦合金。隨著連接溫度與保溫時(shí)間的增加，陶瓷側(cè)的晶須與Ti元素的反應(yīng)產(chǎn)物在該界面區(qū)域內(nèi)所占比例均有所增加，接頭的強(qiáng)度也隨著連接溫度與保溫時(shí)間的增加而先增大后減小。當(dāng)采用生長(zhǎng)有不同晶須形貌的陶瓷進(jìn)行連接時(shí)，接頭強(qiáng)度隨連接溫度與保溫時(shí)間變化的規(guī)律基本相同。以B