六方BN陶瓷具有優(yōu)良的耐熱性、介電性、耐化學(xué)腐蝕性等特點(diǎn),被應(yīng)用于機(jī)械、冶金、航天等領(lǐng)域,但該種BN的強(qiáng)度和硬度較其他陶瓷低,限制了其應(yīng)用范圍。鈦合金特別是TC4,綜合性能優(yōu)越,在諸多工業(yè)部門占有重要地位。實(shí)現(xiàn)BN與TC4的可靠連接,能夠使二者優(yōu)勢互補(bǔ),擴(kuò)大材料的適用領(lǐng)域。然而BN與TC4的彈性模量及熱膨脹系數(shù)差異巨大,BN/TC4接頭中存在的殘余應(yīng)力成為制約二者連接質(zhì)量的關(guān)鍵因素。本文在實(shí)現(xiàn)BN/TC4釬焊連接的基礎(chǔ)上,分析了接頭中殘余應(yīng)力的分布,并對接頭殘余應(yīng)力進(jìn)行了調(diào)控。采用Ag-Cu中間釬料實(shí)現(xiàn)了BN/TC4真空釬焊連接,研究了不同釬焊溫度對BN/TC4接頭界面組織的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)接頭陶瓷側(cè)界面產(chǎn)生明顯的Ti-Cu反應(yīng)層,該反應(yīng)層促進(jìn)了熔融釬料在陶瓷表面的潤濕鋪展。TC4側(cè)由多層擴(kuò)散反應(yīng)層組成,典型接頭中的物相變化由釬縫到母材為Cu₄Ti+Cu Ti→Cu Ti→Cu Ti+Cu Ti₃→Ti+Cu Ti₃。結(jié)合二元、三元熱力學(xué)計(jì)算及實(shí)際釬焊條件分析了界面元素的擴(kuò)散行為及反應(yīng)層形成機(jī)制。此外,分析了接頭力學(xué)性能及... 

【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)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

BN的兩種主要晶體結(jié)構(gòu)[19]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-母材為鈦合金的陶瓷/金屬釬焊往往均屬于活性釬焊的一類，因此在本節(jié)中選取一側(cè)母材為鈦合金，從釬焊和擴(kuò)散焊來分類介紹與本文相關(guān)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。1.2.1陶瓷與鈦合金的真空釬焊連接哈爾濱工業(yè)大學(xué)的DaiX等[30]選用Ag-Cu釬料實(shí)現(xiàn)了TC4鈦合金和ZrO2陶瓷的真空釬焊連接，研究者利用鈦合金母材作為Ti源向釬縫中擴(kuò)散Ti元素達(dá)到了活性釬焊的效果。如圖1-2所示為TC4/ZrO2釬焊界面及元素能譜儀(EDS)面掃描分布，可以發(fā)現(xiàn)，鈦合金母材中的Ti元素有明顯向焊縫擴(kuò)散的趨勢并在陶瓷側(cè)界面富集，配合Ag-Cu釬料中的合金元素在陶瓷側(cè)界面形成了合金化反應(yīng)層，提高了熔融釬料在陶瓷表面的潤濕鋪展。作者進(jìn)一步通過熱力學(xué)計(jì)算及透射電鏡(TEM)等手段鑒定了界面反應(yīng)層的物相組成：在陶瓷側(cè)界面形成Cu3Ti3O+TiO復(fù)合反應(yīng)層；在鈦合金一側(cè)形成Ti-Cu化合物層。但是，通過納米壓痕測量界面各個(gè)區(qū)域的硬度及彈性模量顯示(圖1-3)，陶瓷側(cè)反應(yīng)層具有較高的脆性，由于接頭中存在殘余應(yīng)力，使該位置成為接頭服役過程中的薄弱環(huán)節(jié)。圖1-2TC4/ZrO2釬焊界面及元素面分布[30](a)TC4/ZrO2釬焊界面;(b-f)界面元素Ag,Cu,Ti,Al,Zr的EDS面分布

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-圖1-3TC4/ZrO2釬焊接頭各區(qū)域硬度及彈性模量[30]天津大學(xué)的孟建芳[31]利用Ag-Cu-Ti釬料實(shí)現(xiàn)了TC4鈦合金與Si3N4陶瓷的真空釬焊連接，釬焊接頭可以分為基體Si3N4陶瓷、陶瓷和釬料形成的反應(yīng)層、釬料層、金屬與釬料形成的合金層、基體TC4合金，通過熱力學(xué)計(jì)算及EDS分析認(rèn)為靠近陶瓷界面的反應(yīng)層為TiN層及Ti5Si3層，而鈦合金一側(cè)形成以Ti-Cu金屬間化合物為主的反應(yīng)層。如圖1-4所示為接頭彎曲測試斷裂形貌，失效位置位于陶瓷側(cè)脆性反應(yīng)層，同時(shí)伴有Si3N4顆粒分布于斷口表面。作者進(jìn)一步探究了釬焊溫度和保溫時(shí)間對接頭性能的影響規(guī)律，控制焊接條件適宜可獲得最優(yōu)接頭，溫度及時(shí)間不充分時(shí)，陶瓷側(cè)界面反應(yīng)不足以潤濕釬料；隨溫度及時(shí)間的提高，陶瓷側(cè)反應(yīng)層增厚，脆性特征表現(xiàn)顯著，進(jìn)而接頭性能隨之降低。此外，作者還嘗試?yán)眉す夂附舆B接TC4與Si3N4，但未能獲得有效接頭，說明釬焊的方法更適宜此種陶瓷/金屬連接。圖1-4Si3N4/TC4釬焊接頭斷口形貌[31](a)陶瓷側(cè);(b)釬縫側(cè)哈爾濱工業(yè)大學(xué)的ShiJM等[32]嘗試采用Ag-Cu-Ti釬料真空釬焊連接TC4鈦合金與ZrC-SiC復(fù)合陶瓷，作者分析了接頭的形成機(jī)制，如圖1-5所示，在釬焊過程的前期，來自母材及釬料中的Ti元素將在濃度梯度驅(qū)動力下擴(kuò)散并參與反應(yīng)，在TC4表面及釬縫中形成一系列Ti-Cu化合物。隨著Ti元素進(jìn)一步擴(kuò)散及釬焊溫度的提升及保持，Ti元素與復(fù)合陶瓷中的少量SiC

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]納米釬料釬焊SiO2陶瓷與TC4鈦合金工藝及機(jī)理研究[D]. 劉景和.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[4]SiBCN陶瓷與TC4鈦合金的釬焊工藝及機(jī)理研究[D]. 劉海.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
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本文編號：3018193