【摘 要】
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SiCf/SiC复合材料以其良好的辐照稳定性、优异的力学性能、较低的中子吸收截面、良好的抗氧化能力以及耐水热腐蚀性能,被认为是最有前景的新一代核包壳材料。作为SiCf/SiC包壳管在核领域正常应用的前提,包壳管的连接技术成为当前亟需解决的难题。Ti-Si材料具有较好的核环境适应性能,Ti、Si、C为低活性元素,Ti-Si材料同SiCf/SiC的高温反应产物同样具有较佳的耐中子辐照性能,Ti-Si合
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SiCf/SiC复合材料以其良好的辐照稳定性、优异的力学性能、较低的中子吸收截面、良好的抗氧化能力以及耐水热腐蚀性能,被认为是最有前景的新一代核包壳材料。作为SiCf/SiC包壳管在核领域正常应用的前提,包壳管的连接技术成为当前亟需解决的难题。Ti-Si材料具有较好的核环境适应性能,Ti、Si、C为低活性元素,Ti-Si材料同SiCf/SiC的高温反应产物同样具有较佳的耐中子辐照性能,Ti-Si合金对SiCf/SiC润湿性好,Ti-Si材料可以在无压条件下完成对核用SiCf/SiC复合材料的钎焊。本文制备了Ti-Si系混合粉和Ti-Si合金钎料,并对钎料性能、组成进行了研究。研究了连接接头的微观结构及性能,优化了连接工艺,并考察了最佳工艺下所制备接头的耐水热腐蚀性能。主要研究内容及结果如下:（1）研究了热处理工艺对SiCf/SiC-Ti-Si混合粉-SiCf/SiC接头微观结构及性能的影响,确定了最佳工艺并考察了最佳工艺下所制备接头的剪切强度。结果表明:Ti-Si混合粉连接SiCf/SiC复合材料的最佳配比为Ti:Si=8:2,最佳连接温度为1440℃。该工艺下所形成的SiCf/SiC-Ti-Si混合粉-SiCf/SiC接头内存在较多的裂纹和孔洞,连接层主要由Si、Ti5Si3和Ti三种物相组成,连接层因热失配产生了较多裂纹,接头的剪切强度为～19.8MPa。（2）研究了热处理工艺对SiCf/SiC-Ti-Si-C混合粉-SiCf/SiC接头微观结构及性能的影响,确定了最佳工艺并考察了最佳工艺下所制备接头的剪切强度。结果表明:Ti-Si-C混合粉连接SiCf/SiC复合材料的最佳配比为Ti:Si:C=3:1:2,最佳连接温度为1440℃。该工艺下所形成的SiCf/SiC-Ti-Si-C混合粉-SiCf/SiC接头内存在少量缺陷,连接层界面处致密无缺陷,连接层主要由TiC、C、TiSi化合物组成。在SiCf/SiC复合材料和连接层界面处可以观察到较为明显的C聚集现象,在连接层界面处形成一层致密的C层,抗剪切强度为～22.7 MPa。（3）研究了热处理工艺对SiCf/SiC-Ti-Si合金-SiCf/SiC接头微观结构及性能的影响,确定了最佳工艺,并考察了最佳工艺下制备的接头剪切强度、耐水热腐蚀性能。结果表明:Ti-Si合金连接SiCf/SiC复合材料的最佳配比为（Ti16.0 at.%,Si84.0 at.%）,最佳连接温度为1410℃。该工艺下所形成的SiCf/SiC-Ti-Si合金-SiCf/SiC接头连接层致密无缺陷,连接层主要由Si、SiC、TiSi2三种物相组成,接头剪切强度为～42.5 MPa;连接层中SiC、TiSi2和Si相互结合紧密,仅在结合界面处有少量位错存在;连接界面处形成连续致密的新SiC层,这层SiC主要是由碳化硅基体的溶解和再沉淀所形成,还有部分是由Si和Py C界面反应所得。（4）Ti16Si84合金连接SiCf/SiC接头水热腐蚀3 d后,试样质量变化小于1%,腐蚀深度小于20μm。腐蚀后的接头残余剪切强度为～38.37 MPa。在腐蚀过程中,Ti16Si84合金表面被腐蚀后,形成多层氧化钛结构,保护合金内部不被腐蚀。
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