【摘 要】
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Si3N4-MoSi2复合陶瓷是以Si3N4陶瓷作为基体,MoSi2第二相作为增强相的新一代结构陶瓷材料。因其具有高强度、良好的抗热震性、较高的室温断裂韧性、优异的高温性能、抗氧化性和耐腐蚀性,常应用于涡轮发动机部件等一系列复杂服役环境。但在实际应用过程中,大型或复杂的陶瓷部件不适合整体制造,往往需要与Nb等高温金属连接。本文采用真空钎焊工艺实现Si3N4-MoSi2复合陶瓷与Nb的可靠连接,采用
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Si3N4-MoSi2复合陶瓷是以Si3N4陶瓷作为基体,MoSi2第二相作为增强相的新一代结构陶瓷材料。因其具有高强度、良好的抗热震性、较高的室温断裂韧性、优异的高温性能、抗氧化性和耐腐蚀性,常应用于涡轮发动机部件等一系列复杂服役环境。但在实际应用过程中,大型或复杂的陶瓷部件不适合整体制造,往往需要与Nb等高温金属连接。本文采用真空钎焊工艺实现Si3N4-MoSi2复合陶瓷与Nb的可靠连接,采用Ag Cu Ti钎料和Ti Zr Ni Cu钎料,并分别在二者中添加MoSi2颗粒制备复合钎料以改善接头性能。采用Ag Cu Ti钎料钎焊Si3N4-MoSi2复合陶瓷与Nb时,880℃-10 min工艺参数条件下,接头的典型组织为:Nb/Ti Cu/Ag（s,s）+Cu（s,s）+Ti Cu/Ti5Si3+Ti N+Mo5Si3/Si3N4-MoSi2。与单相Si3N4陶瓷实验结果相比,Si3N4-MoSi2复合陶瓷在钎焊过程中,钎料中的Ti元素与复合陶瓷反应形成了Mo5Si3+Ti N+Ti5Si3复合反应层。随着钎焊温度增加、保温时间延长或Ti含量的提升,钎焊接头抗剪强度均呈先增加后减小的趋势,最佳抗剪强度达129 MPa。为缓解接头残余应力,提高接头力学性能,在Ag Cu Ti钎料中添加MoSi2颗粒制备复合钎料(Ag Cu Ti+MoSi2p),当MoSi2颗粒质量分数为6wt.%时,接头抗剪强度达到最大值为154 MPa,比采用单一Ag Cu Ti钎料获得的接头强度提高了20%。为了提高接头的高温性能,采用Ti Zr Ni Cu钎料对Si3N4-MoSi2复合陶瓷与Nb进行真空钎焊,并以同样方法制备复合钎料(Ti Zr Ni Cu+MoSi2p),研究了MoSi2增强相对接头界面组织及性能的影响。920℃-10 min的工艺参数条件下,典型界面组织为:Nb/β-Ti+（Ti,Zr）5Si3+（Ti,Zr）2（Cu,Ni）/Ti N+（Ti,Zr）5Si3+MoSi2/Si3N4-MoSi2。当采用Ti Zr Ni Cu钎料时,获得接头的室温抗剪强度最高为112 MPa。当复合钎料中MoSi2颗粒质量分数为4wt.%时,接头室温性能最佳为133 MPa,提升了19%。综合对比两种钎料以复合钎料获得接头的高温性能,当测试温度达到500℃和600℃时,采用Ti Zr Ni Cu所得接头的抗剪强度远高于采用Ag Cu Ti所得接头的抗剪强度。
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