SiC陶瓷真空釬焊工藝及機(jī)理研究.pdf

1、SiC陶瓷材料具有高比剛度、較低的熱膨脹系數(shù)以及耐空間粒子輻射，尤其是抗熱震性能極佳，是高性能反射鏡的首選材料。本文采用TiZrNiCu活性釬料實(shí)現(xiàn)了SiC陶瓷的連接，確定了釬焊接頭的界面組織結(jié)構(gòu)，分析了工藝參數(shù)對釬焊接頭組織的影響，闡明了界面連接機(jī)理；測試了釬焊接頭力學(xué)性能，確定了釬焊接頭斷裂路徑；計(jì)算了界面結(jié)構(gòu)形成熱力學(xué)，模擬了釬焊接頭殘余應(yīng)力分布。
　　確定了釬焊接頭在釬焊溫度為1250K，保溫時(shí)間為10min時(shí)的界面結(jié)構(gòu)為

2、：SiC/TiC/Ti5Si3+Zr2Si/Zr(s,s)/Ti(s.s)+Ti2(Cu,Ni)/(Ti,Zr)(Ni,Cu)；當(dāng)釬焊溫度升高到1350K，釬縫中心(Ti,Zr)(Ni,Cu)化合物消失，界面中出現(xiàn)TiSi2化合物。當(dāng)釬焊時(shí)間超過30min時(shí)，大量TiC在釬縫內(nèi)部出現(xiàn)。
　　以抗剪強(qiáng)度來評價(jià)釬焊接頭的力學(xué)性能，釬焊接頭的剪切強(qiáng)度隨著釬焊溫度的升高和保溫時(shí)間的延長都呈先增大后減小的趨勢。當(dāng)釬焊溫度為1250K，保溫時(shí)

3、間為10min時(shí)，接頭的剪切強(qiáng)度最高，達(dá)到110MPa。接頭斷裂均為脆性斷裂，斷裂主要發(fā)生在釬焊接頭TiC反應(yīng)層。
　　采用三元合金組分活度系數(shù)模型，計(jì)算了釬焊接頭合金體系中Ti元素的活度和各個(gè)界面反應(yīng)發(fā)生的可能性。在釬焊條件下各種硅化物中Ti5Si3最穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)Ti5Si4、TiSi和Ti3Si；當(dāng)釬焊溫度上升到1350K時(shí)，界面中可能生成TiSi2。
　　分析了釬焊過程中的界面形成機(jī)理，將釬焊過程具體分為以下幾個(gè)階段

4、：(a)釬料與母材的物理接觸；(b)釬料的熔化以及陶瓷側(cè)反應(yīng)層開始形成；(c)釬料液相向母材繼續(xù)擴(kuò)散、陶瓷側(cè)反應(yīng)層厚度增加，釬縫中液相成分均勻化；(d)陶瓷側(cè)反應(yīng)層形成的終止以及過共晶組織的形成；(e)釬縫中心金屬間化合物的凝固。
　　運(yùn)用傾斜釬縫方法，確定釬焊最佳釬縫間隙。當(dāng)釬縫間隙在30-50μm之間時(shí)，釬焊接頭剪切強(qiáng)度最高，達(dá)到115MPa。適當(dāng)?shù)拟F縫間隙(30μm-50μm)將有助于液態(tài)釬料中Si元素及時(shí)擴(kuò)散，與Ti元素和