ZSC陶瓷與GH99合金釬焊工藝及機理研究.pdf

1、ZrB2-SiC-C陶瓷（ZSC）是新型熱防護材料，具有優(yōu)異的高溫使用性能，可用于與GH99鎳基高溫合金（GH99）釬焊制備高超聲速飛行器銳形尖端。但ZSC與GH99熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致接頭殘余應(yīng)力較大、強度較低。本文以構(gòu)造母材熱膨脹系數(shù)梯度過渡為出發(fā)點，設(shè)計制備SiC-AgCuTi中間層，并采用SiC-AgCuTi中間層和Ti/SiC-AgCuTi復(fù)合中間層，實現(xiàn)了ZSC與GH99高質(zhì)量釬焊連接。結(jié)合試驗與有限元計算，確定接頭界面結(jié)構(gòu)與

2、力學(xué)性能，分析中間層對接頭殘余應(yīng)力的影響規(guī)律。
　　采用無壓滲透法制備SiC-AgCuTi中間層。當(dāng)T=860℃，t=10min時，AgCuTi完全填充多孔SiC，界面產(chǎn)物主要為Ti3SiC2、TiC、TiCu2和Ti5Si3。測得SiC-AgCuTi復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)介于ZSC和GH99之間，能夠?qū)崿F(xiàn)二者熱膨脹系數(shù)梯度過渡。
　　采用SiC-AgCuTi中間層，可實現(xiàn)ZSC與GH99的可靠釬焊，接頭典型界面結(jié)構(gòu)為：ZSC/

3、Ti3SiC2+Ti5Si3+AgCu共晶/Ti5Si3+TiC+SiC+Ti5Si3+TiC+AgCu共晶/TiCu2+TiAlNi2+TiCuNi2+AgCu共晶/GH99。使用250μm中間層在870℃保溫10min進行釬焊時，接頭強度達102MPa，遠高于AgCuTi釬料直接釬焊接頭。接頭的斷裂面由近縫側(cè)ZSC陶瓷基體轉(zhuǎn)變?yōu)閆SC與釬縫中間層界面。
　　在此基礎(chǔ)上提出Ti/SiC-AgCuTi復(fù)合中間層，進一步實現(xiàn)接頭熱膨

4、脹系數(shù)的梯度過渡，降低接頭殘余應(yīng)力，同時，Ti箔的加入保證ZSC側(cè)充界面反應(yīng)發(fā)生充分。接頭界面結(jié)構(gòu)為：ZSC/Ti5Si3+TiC+AgCu共晶+Ti3Cu4/TiCu+(α-Ti+Ti2Cu)+α-Ti+Ti中間層+α-Ti+(α-Ti+Ti2Cu)+TiCu/AgCu共晶+(SiC-AgCuTi中間層)/TiCuNi2+TiAlNi2+AgCu共晶/GH99。當(dāng)T=850、t=10min，接頭的剪切強度高達112MPa。達到ZSC陶

5、瓷母材強度的85％。接頭為復(fù)合型斷裂，獲得高強度接頭的工藝參數(shù)變得更寬泛。
　　采用有限元分析評價不同中間層釬焊ZSC/GH99接頭中殘余應(yīng)力大小和分布。結(jié)果表明，采用不同中間層最大殘余應(yīng)力均出現(xiàn)在近界面處ZSC內(nèi)部。ZSC內(nèi)部為壓應(yīng)力，金屬側(cè)為壓應(yīng)力。采用SiC-AgCuTi中間層釬焊時應(yīng)力峰值為280MPa；采用Ti/SiC-AgCuTi復(fù)合中間層釬焊時應(yīng)力峰值為258MPa，相比于AgCuTi釬焊接頭分別降低了64MPa和8