2Si-B-3C-N陶瓷与Nb的钎焊工艺及机理研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:glittering789
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本文使用AgCuTi钎料实现了2Si-B-3C-N陶瓷自身以及陶瓷与金属Nb的可靠连接。文中研究了AgCuTi钎料和2Si-B-3C-N陶瓷的界面反应机理;研究了低膨胀系数Mo箔中间层法和复合钎料法对2Si-B-3C-N陶瓷和金属Nb钎焊接头残余应力的缓解效果,分析了这两种方法缓解接头残余应力的过程和机理。设计出更加优异的中间层体系,完成了两侧母材的可靠连接。使用AgCuTi钎料进行2Si-B-3C-N陶瓷钎焊连接时,应当选用Ti含量为5wt.%的AgCuTi钎料,最佳的工艺参数:钎焊温度为900oC,保温时间为10min。钎焊过程中界面反应的主要产物为TiC+TiSi+TiSi2。接头处的组织依次为SiC+BN(C)/TiC/TiSi+TiSi2/Ag(s)+Cu(s)/TiSi+TiSi2/TiC/SiC+BN(C)。2Si-B-3C-N陶瓷与金属Nb的直接钎焊过程中,钎焊接头中存在较大的残余应力,使得靠近焊缝处的陶瓷母材发生开裂,无法实现两者的可靠连接。使用低膨胀系数Mo箔中间层法可以降低接头中的残余应力,当所添加的Mo箔厚度大于等于100μm时,焊后陶瓷母材将不再出现裂纹。接头强度随Mo箔厚度增大而增大。低膨胀系数Mo箔中间层法通过加入低膨胀系数的中间层,使接头中最大的残余应力出现的位置从陶瓷里转移到Mo箔中间层中,从而降低钎焊体系中最脆弱部分——陶瓷中的残余应力,起到缓解接头残余应力的作用;使用复合钎料法,通过向钎料中加入h-BN粉末原位生成TiN颗粒和TiB晶须,可以降低接头中的残余应力,接头强度受钎料中h-BN含量影响。添加3wt.%h-BN粉末的钎料得到的接头力学性能最好,接头的最大抗剪强度为69MPa,接头断裂在陶瓷母材中。复合钎料法直接降低钎料层热膨胀系数,从而缓解钎料与待焊母材之间热膨胀系数差异,从残余应力产生原因上直接缓解了接头的残余应力。复合钎料和低膨胀系数中间层结合的方法中,使用h-BN的添加比例为3wt.%的AgCuTi钎料,150μm厚度Mo箔作为中间层进行的2Si-B-3C-N陶瓷和金属Nb的钎焊接头抗剪强度增大,接头力学性能最好,最大的抗剪强度可达89MPa。该条件下钎焊接头的断裂位置并不处于单一的位置上,断裂路径也不处于同一层面中,这种曲折断裂的断口需要消耗更大的断裂功,需要外加载荷提供更大的能量,从而使得钎焊接头体现出更加优异的力学性能。
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