隨著航空航天領(lǐng)域的快速發(fā)展,碳/碳（C/C）復(fù)合材料在該領(lǐng)域的應(yīng)用需求大幅度提升,但是由于C/C在制備復(fù)雜構(gòu)件的過程中受到預(yù)制體成形技術(shù)、致密化工藝以及機(jī)械加工等的限制,制約了其在實(shí)際工程上的廣泛應(yīng)用。因此,將C/C與Ti6Al4V進(jìn)行連接制備成復(fù)合構(gòu)件,能夠有效地降低復(fù)合構(gòu)件的重量,提高復(fù)合構(gòu)件在實(shí)際應(yīng)用中的效率,并且能夠進(jìn)一步擴(kuò)展C/C在工程中的應(yīng)用范圍。由于C/C與Ti6Al4V之間物化性能差異較大,尤其是兩種材料的熱膨脹系數(shù)與彈性模量相差較大,在釬焊降溫過程中釬焊接頭界面處會產(chǎn)生較大的殘余熱應(yīng)力。針對此問題,本文以降低C/C與Ti6Al4V釬焊接頭之間的熱膨脹系數(shù)差,達(dá)到降低界面間殘余熱應(yīng)力,提高釬焊接頭的室溫和高溫抗剪切強(qiáng)度為目標(biāo),對不同增強(qiáng)相在釬焊接頭中對界面結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響進(jìn)行系統(tǒng)的研究,揭示了不同體系釬焊接頭在釬焊過程中的形成機(jī)理和剪切過程中的斷裂機(jī)制。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:采用TiCuZrNi合金粉末釬料釬焊C/C與Ti6Al4V,研究了釬焊溫度和保溫時間對釬焊接頭界面結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。當(dāng)釬焊溫度較低或者保溫時間較短時,C/C一側(cè)形成的TiC反應(yīng)層厚度較薄甚... 

【文章來源】：西北工業(yè)大學(xué)陜西省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：125 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

ITER偏濾器外靶(a)示意圖；(b)原型[21]

秦優(yōu)瓊等人[24, 25]使用 50μm 厚的 AgCuTi 合金釬料箔片釬焊了 C/C 與 Ti6Al4V，研究表明釬焊溫度和保溫時間對釬焊接頭的界面組織結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性能有著較大的影響。在釬焊溫度為 910℃，保溫時間為 10min 的釬焊工藝條件下，所制備的釬焊接頭抗剪切強(qiáng)度最高值達(dá)到 25MPa。作者將釬焊過程中釬焊接頭形成過程依據(jù)試驗(yàn)溫度劃分為五個不同的階段：(1) 釬料與基材的物理接觸階段；(2) 原子擴(kuò)散階段；(3) 進(jìn)一步擴(kuò)散以及反應(yīng)層的形成階段；(4) 反應(yīng)層的增厚階段；(5)Ag(s.s)的形成和反應(yīng)層的凝固階段。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)釬焊溫度較低或者保溫時間較短時，Ti、C 和 Cu 之間的反應(yīng)不充分，導(dǎo)致釬焊接頭的抗剪切強(qiáng)度偏低；但是，當(dāng)釬焊溫度過高時，反應(yīng)生成大量的 TiC 和 TiCu等脆性化合物也會降低釬焊接頭的抗剪切強(qiáng)度。在另一篇文獻(xiàn)中，秦優(yōu)瓊等人[26]使用了TiZrNiCu 合金釬料釬焊 C/C 與 Ti6Al4V，為了改善釬焊接頭中存在的殘余應(yīng)力，作者設(shè)計(jì)了以 TiZrNiCu、Cu 和 Mo 金屬箔片組成的復(fù)合釬料層，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，如圖 1-2 所示，當(dāng)使用 TiZrNiCu 釬料，在釬焊溫度為 900℃，保溫時間為 5min 的工藝條件下，釬焊所得的接頭在 C/C 與釬料層界面處有裂紋的產(chǎn)生，接頭的最大抗剪切強(qiáng)度低于5MPa；在同樣的工藝條件下，使用復(fù)合釬料層時釬焊接頭的抗剪切強(qiáng)度高達(dá) 21MPa。

第 1 章 緒論研究結(jié)果表明，雖然釬料中未含有改善釬料在 C/C 表面潤濕效果的活性 Ti 元素，但是在釬焊過程中，Ti 元素能夠從 Ti6Al4V 基材擴(kuò)散到 C/C 表面并對其進(jìn)行潤濕反應(yīng)。當(dāng)釬焊溫度為 880℃、保溫時間為 10min 時，所獲得的釬焊接頭抗剪切強(qiáng)度最高值達(dá)到33MPa。為了獲得更高的抗剪切強(qiáng)度，研究人員對 C/C 表面進(jìn)行了加工，使所獲得的釬焊接頭既有物理連接也有化學(xué)連接。J.T. Xiong 等人[28]在 C/C 表面加工了一個矩形波槽，隨后將 Ti6Al4V 合金在 1680-1710℃的高溫下熔敷在 C/C 表面，最后在 900℃的釬焊溫度下再將其與 Ti6Al4V 基材進(jìn)行連接，所獲得的抗剪切強(qiáng)度高達(dá) 41.63MPa，而未加工的C/C 無法與 Ti6Al4V 達(dá)到有效的連接效果，如圖 1-3 所示。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：2909447