(Cf-SiCf)/SiBCN陶瓷与Nb连接工艺及机理研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chris_1988
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(Cf-SiCf)/SiBCN是一种经过改良的超高温陶瓷,各项性能都有显著提高,鉴于其高温特性,该陶瓷在航空航天等领域具有广泛的应用前景。为了解决烧结工艺对其外形尺寸的限制及扩大使用范围,本文提出钎焊和间接扩散焊两种方法实现SiBCN与Nb的连接。确定接头处界面组织结构,分析工艺参数对接头组织和力学性能的影响规律。本文研究了TiZrNiCu钎料直接钎焊SiBCN/Nb的连接机理,钎料熔化后钎料中的活性元素Ti、Zr向陶瓷母材表面富集,与陶瓷中的SiC和BN(C)优先发生反应,金属母材中Nb向钎料层中扩散与Ti形成固溶体。接头典型的界面结构为SiBCN/TiC+ZrC/Ti5Si3+Zr5Si3/(Ti,Zr)2(Cu,Ni)/Ti-Nb固溶体/Nb,在钎焊过程中由于钎料中的Cu分解SiC,从而导致Cu向SiBCN母材中渗入。设计和制备了两种高温钎料:Pd-Ag和Pd-Ni。DSC差热分析表征两种钎料的熔点分别为1240°C和1250°C。采用两种Pd基钎料直接钎焊SiBCN/Nb,由于Pd-Ag钎料中的Ag在高真空高温条件下大量挥发,无法实现钎焊连接。研究了Pd-Ni钎料直接钎焊SiBCN/Nb的连接机理,钎料中的Ni和Pd元素在陶瓷母材表面富集,与陶瓷中的SiC和BN(C)发生反应,钎料中的Ni优先与金属Nb发生反应。接头典型界面结构为SiBCN/Ni2Si+Pd2Si/Pd-Ni/NbPd3+Ni6Nb7/NbNi3/Nb,但由于反应过于剧烈,造成母材表面发生严重变形。提出在陶瓷表面引入阻挡层的方法,采用磁控溅射方法对陶瓷表面进行金属化处理,设计正交试验,优化溅射的工艺参数,提高镀层与陶瓷母材的结合强度,镀层后过度反应问题仍然存在。本文提出了Pd-Ag中间层间接扩散焊连接SiBCN和Nb,当焊接温度为1000°C时,实现了两种母材的冶金结合,但中间层的Ag发生了部分挥发的现象。为了降低焊接温度,对陶瓷表面进行金属化处理,采用磁控溅射方法分别引入Ti和Cr两种镀层。采用Ti镀层时,扩散焊过程中在镀层内形成了明显的两层反应层,接头的断裂位置发生在镀层内部。采用Cr镀层时,扩散焊过程中在镀层内形成弥散分布的多种物相,接头的断裂位置发生在中间层或陶瓷母材中。对比两种镀层条件下接头的力学性能,SiBCN表面镀Cr时扩散焊后接头处的剪切强度更高
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