C-SiC復(fù)合材料與TiAl合金的原位反應(yīng)輔助釬焊機(jī)理研究.pdf

1、C/SiC復(fù)合材料和TiAl合金的密度低，具有良好的高溫力學(xué)性能和抗氧化性能，將兩者連接制成應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的耐高溫構(gòu)件，可減輕結(jié)構(gòu)重量，獲得滿(mǎn)意的高溫性能。但是，C/SiC復(fù)合材料和TiAl合金的可靠連接不僅要解決兩者熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的接頭殘余應(yīng)力，而且還要考慮TiAl合金的擴(kuò)散溶解對(duì)接頭界面組織和性能的影響。針對(duì)以上兩點(diǎn)，本文在使用AgCu釬料分析兩種母材釬焊性的基礎(chǔ)上，提出了原位反應(yīng)輔助釬焊TiAl合金和C/SiC復(fù)合材料。通

2、過(guò)Ti-Ni-B高溫釬料的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了接頭熱膨脹系數(shù)的梯度過(guò)渡，研究了界面反應(yīng)機(jī)理，初步揭示了TiAl合金在液態(tài)釬料中的溶解現(xiàn)象和規(guī)律。
　　C/SiC復(fù)合材料/AgCu/TiAl合金釬焊接頭界面組織和性能分析表明，TiAl合金的擴(kuò)散溶解量是接頭界面組織的主要控制因素。TiAl合金溶解量增加，釬縫中Al-Cu-Ti化合物增多，Ag基固溶體所占比例減??；復(fù)合材料側(cè)TiC反應(yīng)層變厚。TiC反應(yīng)層過(guò)厚導(dǎo)致接頭殘余應(yīng)力增加，弱化接頭性能。

3、這些結(jié)論對(duì)原位反應(yīng)中間層的設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。
　　確定了由Ti-Ni-B組成的中間層體系，采用細(xì)觀力學(xué)夾雜理論和試驗(yàn)相結(jié)合的方法優(yōu)化中間層的成分為(Ti-66Ni)1-xBx(x=2.3~4.0wt.％)。采用粉末機(jī)械合金化和電弧熔煉兩種方法制備了B含量為3.2wt.%的釬料作為研究對(duì)象，兩種形式的釬料釬焊接頭的界面結(jié)構(gòu)相似，從TiAl到C/SiC側(cè)依次為β/β+τ3/β+τ3+TiB/τ3/TiC。但是，釬縫中TiB的形成

4、機(jī)理不同。釬焊過(guò)程中，電弧熔煉合金釬料中B源是以塊狀TiB2的形式參與反應(yīng)形成長(zhǎng)條狀TiB相，試驗(yàn)表明，TiB2向TiB的轉(zhuǎn)化是伴隨著TiAl合金的溶解逐步發(fā)生的。
　　釬焊溫度為1180°C，保溫10min時(shí)，優(yōu)化的粉末釬料釬焊接頭的室溫抗剪強(qiáng)度和600°C高溫抗剪強(qiáng)度最大，平均值分別為99MPa和63MPa。室溫剪切后，接頭的斷裂主要發(fā)生在TiC反應(yīng)層以及復(fù)合材料基體，復(fù)合材料的破壞形式是C纖維被剪斷后沿SiC基體形成臺(tái)階狀斷