Cf-SiC復(fù)合材料與Nb的釬焊工藝與機(jī)理研究.pdf

1、Cf/SiC復(fù)合材料以其優(yōu)異的高溫性能和高抗氧化性能從而廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。為了擴(kuò)展其應(yīng)用范圍,Cf/SiC與高溫金屬的連接問題亟待解決。本文利用Ti-Zr-Ni-Cu非晶釬料連接Cf/SiC與金屬Nb,研究釬焊工藝參數(shù)和釬料成分對接頭組織與性能的影響,探討了接頭微觀組織與力學(xué)性能之間的關(guān)系;并從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度揭示了接頭的形成機(jī)理。
　　采用TiZrCuNi釬料釬焊Cf/SiC復(fù)合材料與金屬Nb可獲得無缺陷無裂紋的接頭,

2、其界面結(jié)構(gòu)為:母材Nb的TiNb相,接頭的釬縫由TiSi、Ti(s.s)和Zr(s.s)組成, Cf/SiC側(cè)界面由TiC、ZrC、TiSi、Zr5Si3界面反應(yīng)層組成。研究發(fā)現(xiàn),在一定的釬焊溫度范圍內(nèi),隨著釬焊溫度的提高,釬料對母材的填縫能力增強(qiáng),界面及中間層生成的脆性產(chǎn)物增多,焊縫變窄,最佳釬焊溫度為1203K。為保證釬料同母材必要的相互作用時(shí)間,適當(dāng)保溫時(shí)間的延長有利于提高接頭性能,但保溫時(shí)間的過度延長導(dǎo)致脆性相的增加,不利于接頭

3、性能的提高,獲得的最佳保溫時(shí)間為15min。
　　對釬料的研究表明:隨著釬料層厚度的增加,釬料中總的活性元素增多, Cf/SiC的界面層TiC、ZrC、TiSi、Zr5Si3反應(yīng)層增厚,焊縫寬度增厚,接頭的室溫剪切強(qiáng)度呈先增后減的趨勢,在270μm達(dá)到最大值104MPa。適當(dāng)增加釬料中Ti的含量,可以提高釬料對母材的潤濕性,使得界面反應(yīng)更加充分,Cf/SiC側(cè)界面反應(yīng)層厚度增加,但是由于受實(shí)驗(yàn)條件添加方式所限,導(dǎo)致接頭內(nèi)部存在未擴(kuò)

4、散的Ti帶。對其進(jìn)行工藝優(yōu)化,當(dāng)釬焊溫度為1233K保溫時(shí)間為20min時(shí),接頭中未擴(kuò)散的Ti帶基本均勻化,接頭組織顯著改善,接頭剪切強(qiáng)度達(dá)到140.9MPa。
　　對接頭進(jìn)行高溫性能研究表明:當(dāng)接頭的高溫剪切性能測試溫度為873K時(shí),剪切強(qiáng)度為136.5MPa;當(dāng)添加釬料中的Ti達(dá)到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％時(shí),在1203K/15min的工藝條件下獲得的接頭剪切性能,在773K時(shí)剪切強(qiáng)度為159.6MPa,當(dāng)其測試溫度提高到873K時(shí),接