SiO2-BN陶瓷與Nb的釬焊連接工藝及機(jī)理研究.pdf

1、SiO2-BN陶瓷具有優(yōu)良的力學(xué)性能、透波性能和抗熱震性能，實(shí)現(xiàn)其與Nb的連接可以推動(dòng)二者在導(dǎo)彈天線罩上的應(yīng)用。但是由于SiO2-BN陶瓷與Nb的物化性質(zhì)差異較大，釬焊過程中會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。為了實(shí)現(xiàn)SiO2-BN陶瓷與Nb的可靠連接，本文采用TiNiNb活性釬料對(duì)SiO2-BN陶瓷與Nb進(jìn)行釬焊連接，研究TiNiNb活性釬料在SiO2-BN陶瓷表面的界面反應(yīng)機(jī)制，同時(shí)通過添加Si3N4多孔陶瓷中間層實(shí)現(xiàn)對(duì)釬焊接頭界面組織的優(yōu)化及接

2、頭殘余應(yīng)力的緩解，得到力學(xué)性能優(yōu)良的釬焊接頭。
　　設(shè)計(jì)TiNiNb釬料在SiO2-BN陶瓷表面的潤(rùn)濕試驗(yàn)，研究TiNiNb活性釬料在SiO2-BN陶瓷表面的反應(yīng)潤(rùn)濕機(jī)理。結(jié)果表明，潤(rùn)濕過程中，釬料中的Ti原子向SiO2-BN陶瓷表面偏聚，生成TiB2、TiN、Ti5Si3和Ti3O5等界面反應(yīng)產(chǎn)物。TiNiNb活性釬料/SiO2-BN陶瓷體系的潤(rùn)濕性由界面反應(yīng)產(chǎn)物決定，TiN和TiB2的形成以及含量是保證其潤(rùn)濕性的關(guān)鍵因素。Si

3、O2-BN陶瓷界面反應(yīng)產(chǎn)物中的TiN和TiB2含量越多，TiNiNb活性釬料/SiO2-BN陶瓷體系的潤(rùn)濕性越好。
　　設(shè)計(jì)并添加了Si3N4多孔陶瓷中間層緩解SiO2-BN陶瓷和金屬Nb的殘余應(yīng)力。研究了Si3N4多孔陶瓷中間層的厚度及釬焊工藝參數(shù)對(duì)接頭界面組織及力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明：隨著Si3N4多孔陶瓷中間層厚度的增大，接頭強(qiáng)度先增大后減小，當(dāng)Si3N4多孔陶瓷中間層厚度為70μm時(shí)，接頭抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大值為64MPa。

4、當(dāng)釬焊溫度為1180℃，保溫時(shí)間為10min時(shí)，添加Si3N4多孔陶瓷中間層的釬焊接頭典型界面組織為：Nb/TiNi-(βTi,Nb)+Ti2Ni+Ni9Ti3Nb8/Si3N4+TiN+Nb3Ni2Si/TiNi+Ni9Ti3Nb8/TiN+TiB2+Ti5Si3+Ti3O5/SiO2-BN陶瓷。
　　基于Si3N4多孔陶瓷中間層緩解界面殘余應(yīng)力的機(jī)制，設(shè)計(jì)了雙層Si3N4多孔陶瓷中間層結(jié)構(gòu)，并對(duì)接頭力學(xué)性能的影響進(jìn)行分析。當(dāng)添

5、加等厚度Si3N4多孔陶瓷中間層時(shí)，隨著Si3N4多孔陶瓷中間層厚度的增加，接頭抗剪強(qiáng)度逐漸提高。當(dāng)單層厚度為80μm時(shí)，接頭的抗剪強(qiáng)度最大為80MPa。當(dāng)添加不等厚Si3N4多孔陶瓷中間層，中間層厚度依次為70μm，90μm時(shí)，接頭抗剪強(qiáng)度最高為88MPa。
　　采用復(fù)合材料力學(xué)的相關(guān)理論對(duì)Si3N4多孔陶瓷中間層及釬縫組織的彈性模量和線膨脹系數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算，同時(shí)對(duì)接頭各部分的殘余應(yīng)力進(jìn)行評(píng)估，并通過有限元數(shù)值模擬對(duì)理論計(jì)算結(jié)果