C/SiC復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高硬度和耐磨性,同時還具備優(yōu)秀的高溫以及抗氧化性能,在材料斷裂過程中通過增強(qiáng)纖維的拔出、偏轉(zhuǎn)和斷裂吸收能量,與傳統(tǒng)Si C相比具有更好的斷裂韌性,被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。C/Si C常與高溫金屬Nb相連以滿足實際應(yīng)用需求,但由于母材之間、母材與釬料之間的物理、化學(xué)屬性相差較大,焊后常出現(xiàn)較大的殘余應(yīng)力,且復(fù)合材料側(cè)界面反應(yīng)層薄弱,為了解決上述問題,本文采用對C/Si C進(jìn)行表面金屬化處理,通過內(nèi)部滲入層調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)從而減小殘余應(yīng)力,并對金屬化層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,加之采用表面W增強(qiáng)的碳纖維編織布中間層輔助釬焊等方法對接頭質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化,最終獲得高質(zhì)量的釬焊接頭。為了解決母材之間屬性差異大從而導(dǎo)致焊后殘余應(yīng)力過大的問題,本文采用Ni-Cr-Si系合金對C/Si C表面進(jìn)行表面金屬化處理,其中金屬化合金在C/Si C表面的潤濕性隨Cr元素含量的提高而提高。Ni、Cr元素滲入內(nèi)部形成滲入層,起到了熱膨脹系數(shù)梯度過渡作用。表面金屬化層主要由Ni、Cr、Si發(fā)生金屬化反應(yīng)生成的二元及三元化合物,具有一定的脆性且呈連續(xù)分布狀態(tài)。通過有限元應(yīng)力模擬發(fā)現(xiàn),C/Si C內(nèi)部滲... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

AgCu釬料釬焊C/SiC-TiAl接頭界面結(jié)構(gòu)[27]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-5-易于被熔化的金屬潤濕[26]。由于活性元素在高溫下容易被氧化，導(dǎo)致活性元素的活性大大下降，因此真空環(huán)境對于活性釬焊是必要的。Yang等人[27]在釬焊C/SiC與TiAl合金時，由于母材中的Ti元素在釬焊過程中會過量溶解于釬料中，于是其采用AgCu釬料釬焊C/SiC與TiAl合金，組織圖如1-1所示，在金屬一側(cè)，由于Ti元素的溶解形成了致密的反應(yīng)層TiC+Ti5Si3，而焊縫主要由AgCu固溶體以及AlCu2Ti組成，在900℃保溫10min的釬焊工藝下，剪切強(qiáng)度可達(dá)到85MPa。圖1-1AgCu釬料釬焊C/SiC-TiAl接頭界面結(jié)構(gòu)[27](a)焊縫整體界面結(jié)構(gòu);(b)TiAl側(cè)界面結(jié)構(gòu);(c)C/SiC側(cè)反應(yīng)層在采用活性元素進(jìn)行異種材料的釬焊時，殘余應(yīng)力的出現(xiàn)不利于接頭承載時的應(yīng)力釋放，導(dǎo)致接頭強(qiáng)度下降。對陶瓷表面進(jìn)行處理后，能夠在釬焊過程中調(diào)節(jié)接頭處的應(yīng)力集中分布狀態(tài)，有利于提高接頭強(qiáng)度。Tian等人[28]對C/SiC復(fù)合材料表面進(jìn)行機(jī)械打孔，釬焊組織形貌如圖1-2所示。釬料在釬焊時滲入C/SiC表面的空隙中，與母材自身形成釘扎效應(yīng)，在接頭附近形成一個殘余應(yīng)力的梯度過渡區(qū)，因此可以調(diào)控接頭附近的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)，提高接頭性能。機(jī)械表面處理后的接頭強(qiáng)度明顯高于未處理的陶瓷接頭剪切強(qiáng)度。然而這種方式對于增強(qiáng)纖維增強(qiáng)的復(fù)合陶瓷來說，機(jī)械孔洞過大，容易破壞復(fù)合材料內(nèi)部本身的增強(qiáng)纖維，從而降低母材自身的承載能力。圖1-2TiNi釬料釬焊C/SiC-Nb接頭[28](a)接頭界面結(jié)構(gòu);(b)不同表面狀態(tài)以及釬焊溫度下接頭剪切強(qiáng)度

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-6-1.3C/SiC復(fù)合陶瓷與金屬的釬焊連接研究現(xiàn)狀對于活性釬焊連接異種材料時，由于兩種材料之間的熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致焊后往往在接頭處出現(xiàn)較大的殘余應(yīng)力，為了降低這種殘余應(yīng)力，可以采用更加合適的活性釬料體系，在保證獲得良好焊縫的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改善接頭性能，降低接頭應(yīng)力。除此之外，還可以添加增強(qiáng)相或者緩解應(yīng)力的中間層，一般可以采用一些低強(qiáng)度高延性的金屬元素如Cu、Al、Ni等，也可以采用與母材具有相近熱膨脹系數(shù)的金屬元素如Mo、W等，作為殘余應(yīng)力的釋放區(qū)域，進(jìn)一步提高接頭強(qiáng)度。1.3.1活性釬料釬焊C/SiC復(fù)合陶瓷與金屬由于不同金屬元素在SiC表面的潤濕情況不同，將潤濕性較好的一類金屬元素成為第一類潤濕，包括Ag、Cu等，它們均能在光滑的SiC表面潤濕。Rado等人[29]探究了Ag元素在SiC表面的潤濕情況隨溫度的變化，并指出在1100℃-1200℃之間，Ag在SiC表面的最終潤濕角為120°。根據(jù)這些元素的潤濕情況，陸艷杰等人[30]用Ag-Cu-Ti活性釬料對C/SiC復(fù)合陶瓷與金屬Nb進(jìn)行真空釬焊，結(jié)果表明，如圖1-3(a)所示，Ti含量增加，可使Ag-Cu-Ti釬料對C/SiC復(fù)合陶瓷的潤濕性增加。如圖1-3(b)所示，Ag-Cu-Ti2.5活性釬料直接釬焊C/SiC復(fù)合陶瓷與Nb合金時，陶瓷一側(cè)出現(xiàn)未焊合裂紋和孔洞。Mo顆粒的加入，使得釬料熱膨脹系數(shù)得到調(diào)控，有效緩解了焊接熱應(yīng)力，連接界面及基體中無裂縫、孔洞等缺陷，連接件氣密性良好。Ali等人[31]研究了AgCuTi體系釬料在陶瓷表面的潤濕機(jī)理，揭示了其中的反應(yīng)潤濕機(jī)制，同時指出高Ti含量有利于釬料的潤濕鋪展與界面結(jié)合。圖1-3AgCuTi釬焊C/SiC-Nb接頭界面結(jié)構(gòu)[30](a)Ti含量對潤濕角的影響;(b)Ag-Cu-Ti活性釬料與陶瓷界面

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3489213