SiO2-BN陶瓷与Nb钎焊接头形成机理及力学性能

作     者：仇奇文 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王颖

授予年度：2017年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：SiO2-BN复合陶瓷 AgCuTi钎料 界面组织 形成机理 力学性能 

摘      要：SiO-BN复合陶瓷做为一种透波材料,由于其良好抗热震性能以及较好的力学性能,常应用在导弹等飞行设备天线罩上。在实际的组装过程中,需要复合陶瓷与金属部件进行连接,目前研究常使用Invar合金以及Ti合金作为金属过渡部件,通过活性钎焊的方法实现复合陶瓷与金属的连接。而这些研究中SiO-BN作为一种复相陶瓷,只有h-BN参与了界面反应生成TiB与TiN,未发现SiO参与反应的迹象。为此,本文提出双活性元素体系,采用Nb金属作为母材,其向液态钎料中溶解并作为“第二活性元素,使得复合陶瓷中两相均参与界面反应,增强了界面强度。本文通过带有能谱仪的扫描电镜、透射电镜以及X射线衍射等手段,对使用Ag-Cu/Ti钎料钎焊的SiO-BN复合陶瓷/Nb接头界面组织进行了表征,结果表明靠近复合陶瓷界面处生成纳米级TiB-TiN细晶层、微米级NbSi、TiCuO化合物以及钎缝中多种Ti-Cu化合物。同时通过计算,证明了各相在热力学角度生成的可能性,结合表征以及计算结果对双活性元素体系下SiO-BN复合陶瓷/Nb接头界面形成过程机理进行了阐述。研究了使用Ag-Cu/Ti钎料钎焊SiO-BN复合陶瓷/Nb接头界面组织、力学性能随钎焊温度以及保温时间的变化规律,复合陶瓷反应层厚度、钎缝中组织形貌以及钎焊接头内部残余应力等因素相互作用共同影响接头的力学性能,在钎焊温度为920°C,保温时间为10min时接头抗剪强度达到最大值28MPa。为进一步提高SiO-BN/Nb钎焊接头力学性能,对钎料成分进行了优化,一方面改变了活性元素Ti的含量并计算了相应活度的变化,得到了Ti含量为6wt.%的最优参数;另一方面为缓解金属与复合陶瓷之间热膨胀系数的不匹配,制备了加入Mo颗粒的复合钎料并研究其影响,并计算了加入后钎料整体热膨胀系数变化趋势,当钎料中添加5wt.%Mo之后,接头抗剪强度提高至48MPa,相对于不加入Mo时提高了117%。