SiO2f-SiO2表面生長碳納米管及與TC4釬焊工藝及機理研究.pdf

1、石英纖維增強二氧化硅陶瓷基復合材料(SiO2f/SiO2)是一種具有優(yōu)異的承載、耐熱及透波等性能的航空航天用復合材料,TC4鈦合金因其優(yōu)良的耐熱、耐蝕、高比強度等性能,在航空航天領域有著廣泛的應用。實現(xiàn)兩者的釬焊連接可以充分發(fā)揮兩種材料的特性,具有重大的實際意義。在陶瓷基復合材料與金屬材料的釬焊連接中,陶瓷基材料潤濕性差和連接材料線膨脹系數(shù)差異大造成的熱應力是影響接頭質量的主要因素。本文提出一種在SiO2f/SiO2復合材料表面生長定向

2、碳納米管陣列輔助釬焊的工藝,改善釬料對復合材料表面潤濕性以及調節(jié)釬縫的線膨脹系數(shù),以獲得高可靠性、高強度接頭。
　　采用PECVD法在SiO2f/SiO2復合材料表面實現(xiàn)碳納米管生長的工藝,選擇了催化劑的制備工藝,重點研究了各生長工藝參數(shù)通過對催化劑活性的影響從而影響生長得到的碳納米管的分布密度、高度。優(yōu)選適合復合材料表面生長碳納米管的最佳工藝參數(shù),在復合材料表面得到了定向碳納米管陣列。碳納米管直徑約12.64nm,碳納米管陣列的

3、高度可達2μm。
　　采用AgCuTi作為釬料,實現(xiàn)了釬焊生長碳納米管后的SiO2f/SiO2復合材料與TC4鈦合金的可靠連接。接頭典型界面為SiO2f/SiO2復合材料/TiSi2/Cu4Ti3+Cu3Ti3O/Ag(s,s)+Cu(s,s)/TiCu/Ti2Cu/α+針狀β-Ti/TC4。當釬焊溫度850℃,保溫時間10min時,生長碳納米管后接頭最高抗剪強度達37MPa,高于未生長碳納米管得到的接頭抗剪強度6MPa。隨釬焊溫

4、度升高或保溫時間延長,界面中形成大量的(Ti,Cu)化合物相,兩側母材界面反應層厚度增加,接頭抗剪強度表現(xiàn)出先升高再降低的趨勢。
　　生長碳納米管對釬焊過程的影響主要為改善釬料潤濕性和降低釬縫線膨脹系數(shù)。潤濕性改善的主要機制為利用碳納米管與液態(tài)AgCuTi釬料之間良好的潤濕性,以及碳納米管陣列所固有的納米粗糙度,來促進液態(tài)釬料的鋪展。線膨脹系數(shù)的降低主要是由于具有低線膨脹系數(shù)特點的碳納米管會存在于釬縫中,降低釬縫的線膨脹系數(shù),調節(jié)