YAS氧化物玻璃空气中钎焊连接SiC陶瓷的接头微观组织及性能研究

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SiC陶瓷具有高温强度高、热膨胀系数低、化学稳定性高以及抗辐照能力好等特点,是核反应堆等领域用作高温部件的理想材料。在上述领域应用的部件往往具有大尺寸或形状复杂的要求,由于SiC陶瓷材料制备以及加工方面的限制,只能通过连接技术来实现需求。氧化物玻璃具有热膨胀系数可调,高温性能稳定等优点,使用氧化物玻璃对SiC陶瓷进行连接可以克服活性金属钎焊难以满足的接头耐高温、抗辐照、耐腐蚀、低活化等要求。本文采用Y2O3-Al2O3-SiO2(YAS)体系氧化物玻璃的不同组分在空气中不同工艺条件下对SiC陶瓷进行了钎焊试验。研究了YAS体系氧化物玻璃的成分以及工艺参数对钎焊连接接头微观组织以及力学性能等方面的影响。在较优成分以及较优工艺参数下,研究了添加不同晶核剂对钎料及接头组织性能的影响。主要研究成果如下:(1)使用25Y2O3-25Al2O3-50SiO2(YAS-25)以及30Y2O3-30Al2O3-40SiO2(YAS-30)体系氧化物玻璃可在1450 oC,空气中实现对SiC陶瓷的可靠连接。使用YAS-25体系氧化物玻璃钎料对SiC陶瓷进行连接时,保温时间在3060 min之间,接头组织随保温时间的增加逐渐均匀化、致密化,玻璃相逐渐减少,结晶相逐渐增加;保温时间进一步延长时,接头组织中孔洞、裂纹、未连接等缺陷明显增加。接头的剪切强度随保温时间的增加先增加而后下降,在保温时间为60min时,接头的剪切强度达到峰值,为135.7 MPa。使用YAS-30体系的氧化物玻璃钎焊SiC时,其微观组织和接头剪切强度的变化规律与使用YAS-25体系氧化物玻璃的基本一致。在保温时间为60 min时,接头的剪切强度达到峰值,为107.69 MPa。(2)在YAS-25体系氧化物玻璃中加入晶核剂Ta2O5(1,3 wt.%)或ZrO2(1,3,5 wt.%)在1450oC,空气中对SiC陶瓷进行钎焊连接时,接头的微观组织和力学性能变化趋势均与YAS-25一致。YAST系列在Ta2O5添加量为1 wt.%,保温时间为60 min时,接头的性能较佳,剪切强度可达145.82 MPa。YASZ系列在ZrO2添加量为3 wt.%,保温时间为60min时,接头的性能较佳,剪切强度最高为43.69 MPa。Ta2O5的添加促进了玻璃体的析晶,提高了接头的力学性能,ZrO2的添加对硅氧网络的结构起到了破坏作用,降低了接头的力学性能。
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