SiO2f-SiO2表面生長(zhǎng)碳納米管及與TC4釬焊工藝及機(jī)理研究.pdf

1、石英纖維增強(qiáng)二氧化硅陶瓷基復(fù)合材料(SiO2f/SiO2)是一種具有優(yōu)異的承載、耐熱及透波等性能的航空航天用復(fù)合材料,TC4鈦合金因其優(yōu)良的耐熱、耐蝕、高比強(qiáng)度等性能,在航空航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)兩者的釬焊連接可以充分發(fā)揮兩種材料的特性,具有重大的實(shí)際意義。在陶瓷基復(fù)合材料與金屬材料的釬焊連接中,陶瓷基材料潤(rùn)濕性差和連接材料線膨脹系數(shù)差異大造成的熱應(yīng)力是影響接頭質(zhì)量的主要因素。本文提出一種在SiO2f/SiO2復(fù)合材料表面生長(zhǎng)定向

2、碳納米管陣列輔助釬焊的工藝,改善釬料對(duì)復(fù)合材料表面潤(rùn)濕性以及調(diào)節(jié)釬縫的線膨脹系數(shù),以獲得高可靠性、高強(qiáng)度接頭。
　　采用PECVD法在SiO2f/SiO2復(fù)合材料表面實(shí)現(xiàn)碳納米管生長(zhǎng)的工藝,選擇了催化劑的制備工藝,重點(diǎn)研究了各生長(zhǎng)工藝參數(shù)通過(guò)對(duì)催化劑活性的影響從而影響生長(zhǎng)得到的碳納米管的分布密度、高度。優(yōu)選適合復(fù)合材料表面生長(zhǎng)碳納米管的最佳工藝參數(shù),在復(fù)合材料表面得到了定向碳納米管陣列。碳納米管直徑約12.64nm,碳納米管陣列的

3、高度可達(dá)2μm。
　　采用AgCuTi作為釬料,實(shí)現(xiàn)了釬焊生長(zhǎng)碳納米管后的SiO2f/SiO2復(fù)合材料與TC4鈦合金的可靠連接。接頭典型界面為SiO2f/SiO2復(fù)合材料/TiSi2/Cu4Ti3+Cu3Ti3O/Ag(s,s)+Cu(s,s)/TiCu/Ti2Cu/α+針狀β-Ti/TC4。當(dāng)釬焊溫度850℃,保溫時(shí)間10min時(shí),生長(zhǎng)碳納米管后接頭最高抗剪強(qiáng)度達(dá)37MPa,高于未生長(zhǎng)碳納米管得到的接頭抗剪強(qiáng)度6MPa。隨釬焊溫

4、度升高或保溫時(shí)間延長(zhǎng),界面中形成大量的(Ti,Cu)化合物相,兩側(cè)母材界面反應(yīng)層厚度增加,接頭抗剪強(qiáng)度表現(xiàn)出先升高再降低的趨勢(shì)。
　　生長(zhǎng)碳納米管對(duì)釬焊過(guò)程的影響主要為改善釬料潤(rùn)濕性和降低釬縫線膨脹系數(shù)。潤(rùn)濕性改善的主要機(jī)制為利用碳納米管與液態(tài)AgCuTi釬料之間良好的潤(rùn)濕性,以及碳納米管陣列所固有的納米粗糙度,來(lái)促進(jìn)液態(tài)釬料的鋪展。線膨脹系數(shù)的降低主要是由于具有低線膨脹系數(shù)特點(diǎn)的碳納米管會(huì)存在于釬縫中,降低釬縫的線膨脹系數(shù),調(diào)節(jié)