Cf-SiC復(fù)合材料與Nb-1Zr合金釬焊工藝及機理研究.pdf

1、Cf/SiC復(fù)合材料以其耐高溫、低密度的特性在航空航天領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，Nb-1Zr合金由于具有良好的耐高溫性和塑性加工性成為航天領(lǐng)域的重要候選材料，所以 Cf/SiC復(fù)合材料與 Nb-1Zr合金的連接問題亟需解決。本文采用TiCoNb釬料對 Cf/SiC復(fù)合材料與 Nb-1Zr合金進行釬焊連接，研究釬料成分、釬料層厚度及釬焊工藝參數(shù)對接頭組織與性能的影響，探討接頭微觀組織與性能的關(guān)系，嘗試探索碳纖維復(fù)合釬料的設(shè)計，并從熱力學和動力學

2、角度分析接頭的形成機理。
　　采用TiCoNb釬料釬焊 Cf/SiC復(fù)合材料與 Nb-1Zr合金獲得了良好的接頭，在釬料與 Cf/SiC側(cè)界面生成了TiC+NbC的界面反應(yīng)層，界面反應(yīng)層上又附著了由(Ti,Nb)2Co和少量TiSi相共同組成的新的反應(yīng)層，焊縫中心區(qū)域則由Nb(s,s)、TiCo化合物和CoNb4Si化合物共同組成，所以接頭的界面結(jié)構(gòu)為：Cf/SiC復(fù)合材料/TiC+NbC/(Ti,Nb)2Co+TiSi/TiCo

3、+Nb(s,s)+CoNb4Si/Nb-1Zr合金。
　　研究發(fā)現(xiàn)，隨著釬料中 Nb的含量的增加，釬料熔化更加充分，硅化物含量逐漸增加，引起接頭弱化，使剪切強度逐漸降低；當釬料層厚度逐漸增加時，釬料中總的活性元素增多，與陶瓷一側(cè)的界面反應(yīng)層增厚，焊縫寬度增加，接頭強度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。對釬焊工藝參數(shù)的研究表明：隨著釬焊溫度的提高、保溫時間的延長，界面反應(yīng)層厚度增加，滲入母材孔洞和流淌出焊縫的釬料增加，焊縫逐漸變薄，同時在焊縫

4、中形成的脆性相硅化物逐漸增多增大；接頭強度先增加后減小。
　　在本文研究范圍內(nèi)，應(yīng)用TiCoNb釬料釬焊 Cf/SiC復(fù)合材料與 Nb-1Zr合金的最佳參數(shù)為：釬料成分為 Ti45Co45Nb10(at.％)，釬料層厚度為600μm，釬焊溫度為1280℃，保溫時間為10min。在此工藝參數(shù)下得到接頭的室溫抗剪切強度為242.6MPa，在800℃和1000℃下的抗剪切強度分別為201.7MPa和134.7MPa。
　　熔煉合金

5、法制備的Cf/TiCoNb復(fù)合釬料可以實現(xiàn) Cf/SiC復(fù)合材料與 Nb-1Zr合金的連接，但碳纖維和釬料中活性元素 Ti、Nb在釬焊過程中大量反應(yīng)消耗，影響了釬料熔化和界面反應(yīng)層的形成，使得接頭強度明顯下降，在保溫時間10min，釬焊溫度1320℃時，接頭強度達到最高的57.2MPa。
　　采用TiCoNb釬料釬焊 Cf/SiC復(fù)合材料與 Nb-1Zr合金的連接機理為：在釬焊溫度下，釬料熔化，活性元素 Ti、Nb與 Cf/SiC

6、發(fā)生反應(yīng)，生成 TiC、NbC界面反應(yīng)層，同時釋放 Si元素，釬料內(nèi)的Ti向界面反應(yīng)層附近擴散過程中與釋放的Si元素發(fā)生反應(yīng)，生成少量TiSi相，同時界面層附近富集的Ti、Nb與 Co形成(Ti,Nb)2Co相，兩種相共同附著在原界面反應(yīng)層表面，形成了一層新的反應(yīng)層，反應(yīng)剩余的Si元素擴散到焊縫中心區(qū)域與部分的Co和Nb形成 CoNb4Si化合物，剩余的Co與 Ti形成 TiCo化合物，Nb形成 Nb(s,s)，所以焊縫中間層由CoNb