SiC陶瓷真空釬焊工藝及機理研究.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活性釬料實現(xiàn)了SiC陶瓷的連接，確定了釬焊接頭的界面組織結構，分析了工藝參數(shù)對釬焊接頭組織的影響，闡明了界面連接機理；測試了釬焊接頭力學性能，確定了釬焊接頭斷裂路徑；計算了界面結構形成熱力學，模擬了釬焊接頭殘余應力分布。
　　確定了釬焊接頭在釬焊溫度為1250K，保溫時間為10min時的界面結構為

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

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

4、：(a)釬料與母材的物理接觸；(b)釬料的熔化以及陶瓷側反應層開始形成；(c)釬料液相向母材繼續(xù)擴散、陶瓷側反應層厚度增加，釬縫中液相成分均勻化；(d)陶瓷側反應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。
　　運用傾斜釬縫方法，確定釬焊最佳釬縫間隙。當釬縫間隙在30-50μm之間時，釬焊接頭剪切強度最高，達到115MPa。適當?shù)拟F縫間隙(30μm-50μm)將有助于液態(tài)釬料中Si元素及時擴散，與Ti元素和