C-C復(fù)合材料活性釬焊接頭界面組織及連接機(jī)理研究.pdf

1、C/C復(fù)合材料因具有高比模量、比強(qiáng)度大、耐腐蝕、耐摩擦磨損等優(yōu)異性能廣泛應(yīng)用于航空航天、化工等領(lǐng)域。C/C復(fù)合材料連接技術(shù)是推動(dòng)C/C復(fù)合材料工程化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文擬采用Al-Ti活性釬料釬焊C/C復(fù)合材料和TiZrNiCu活性釬料釬焊表面改性C/C復(fù)合材料與Ti,通過(guò)SEM、EDS、XRD等方法分析連接界面結(jié)構(gòu),探討連接機(jī)理,并建立了釬焊過(guò)程的物理模型,為C/C復(fù)合材料連接問(wèn)題提供理論依據(jù)。
　　 論文采用座滴試樣比接

2、觸面積法測(cè)定不同含Ti量的Al基釬料與C/C復(fù)合材料的潤(rùn)濕性。結(jié)果表明Ti的含量明顯地影響潤(rùn)濕性,當(dāng)Ti含量超過(guò)14％時(shí),釬料的潤(rùn)濕性較好。采用Al-14Ti釬料釬焊C/C復(fù)合材料,接頭界面結(jié)合緊密,沒(méi)有出現(xiàn)裂紋、孔隙等明顯的缺陷;釬焊溫度改變時(shí),C/C復(fù)合材料與Al-Ti釬料界面生成物種類發(fā)生改變。當(dāng)釬焊溫度低于1223K時(shí)接頭的界面結(jié)構(gòu)為C/C復(fù)合材料/Al4C3+TiC反應(yīng)層/Al-Ti固溶體+TiAl3/Al4C3+TiC反應(yīng)層

3、/C/C復(fù)合材料;當(dāng)釬焊溫度升高至1323K后,接頭界面結(jié)構(gòu)變?yōu)镃/C復(fù)合材料/TiC反應(yīng)層/Al-Ti固溶體+TiAl3/TiC反應(yīng)層/C/C復(fù)合材料;并且隨著溫度的升高或保溫時(shí)間的延長(zhǎng)TiC層增厚;拉剪實(shí)驗(yàn)表明,在1323k×10min條件下焊接時(shí),Al-14Ti焊料與母材相互擴(kuò)散反應(yīng)充分,反應(yīng)層厚度適中,接頭內(nèi)部殘余應(yīng)力較小,獲得了本實(shí)驗(yàn)范圍之內(nèi)的最高焊接強(qiáng)度14.7Mpa。
　　 通過(guò)對(duì)C/C復(fù)合材料/Al-14Ti界面

4、反應(yīng)相的熱力學(xué)計(jì)算可知,在較低釬焊溫度下Al4C3相并不是釬料中的Al直接與C/C復(fù)合材料的C反應(yīng)生成的,而是在TiC層生成后Al液透過(guò)TiC層與其反應(yīng)形成Al4C3薄層。整個(gè)釬焊過(guò)程分為界面反應(yīng)層和共晶釬縫組織的形成兩個(gè)部分。
　　 (1)采用包埋法對(duì)C/C復(fù)合材料表面改性,涂層與基體結(jié)合緊密,較好的解決了TiZrNiCu釬料難以直接釬焊C/C復(fù)合材料的問(wèn)題。當(dāng)釬焊工藝為1150k×5min時(shí),采用TiZrNiCu釬料釬焊表面

5、改性C/C復(fù)合材料與Ti接頭界面結(jié)構(gòu)為C/C復(fù)合材料-SiC(/TiC+ZrC)/[(Ti,Zr)2CuNi+CuZr+Ti-Zr固溶體]/[α-Ti+Ti2(Cu,Ni)]/Ti。當(dāng)保溫時(shí)間增長(zhǎng)至20min時(shí),C/C-SiC與釬料界面反應(yīng)層變?yōu)門iC+Ti5Si3,厚度略增;焊縫層也增厚;同時(shí)擴(kuò)散層組織為Ti2Cu+(Ti,zr)Cu+β-Ti,反應(yīng)相隨時(shí)間延長(zhǎng)數(shù)量增多。最優(yōu)化釬焊工藝為1150k×5min時(shí)接頭拉剪強(qiáng)度最大,最大值為