TiC增强Cf/SiC复合材料与钛合金钎焊接头工艺分析

采用Ag-Cu-Ti-（Ti＋C）混合粉末作钎料,在适当的工艺参数下真空钎焊Cf/SiC复合材料与钛合金,利用SEM,EDS和XRD分析接头微观组织结构,利用剪切试验检测接头力学性能.结果表明,钎焊后钎料中的钛与Cf/SiC复合材料发生反应,接头中主要包括TiC,Ti3SiC2,Ti5Si3,Ag,TiCu,Ti3Cu4和Ti2Cu等反应产物,形成石墨与钛原位合成TiC强化的致密复合连接层.TiC的形成缓解了接头的残余热应力,并且提高了接头的高温性能.接头室温、500℃和800℃高温抗剪强度分别达到145,70,39 MPa,明显高于Cf/SiC/Ag-Cu-Ti/TC4钎焊接头.     

用Ti/Ag粉坯连接的SiC陶瓷界面

以Ti、Ag金属粉末压坯做焊料,采用热压反应烧结连接工艺连接再结晶SiC陶瓷.当焊接温度为1030℃,接头抗弯强度最高达116.8 MPa,为母材强度的73.4%.显微分析表明:在焊料产物层与SiC陶瓷母材之间形成一个反应层,焊接温度的变化对反应层的厚度有明显影响;反应层主要由TiC、Ti5Si3和Ti3SiC2组成,且Ti3SiC2紧邻母材SiC,而TiC则靠近焊料产物层一侧.SEM分析表明:焊料产物层为黑白相间的复相区,白色相主要是AgTi,黑色相主要由Ti和AgTi3组成.     

Cf/SiC复合材料与钛合金(Ti-Zr-Cu-Ni)+W复合钎焊分析

在适当的工艺参数下,用(Ti-Zr-Cu-Ni)+W复合钎料真空钎焊Cf/SiC复合材料与钛合金,采用SEM,EDS和XRD分析接头组织结构,利用剪切试验检测接头的力学性能.结果表明,钎焊时复合钎料中的钛、锆与Cf/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面生成Ti3SiC2,Ti5Si3和少量TiC(ZrC)化合物的混合反应层,在连接层与钛合金界面形成Ti-Cu化合物扩散层.增强相钨粉能有效缓解接头的残余热应力,提高接头力学性能,在连接温度930℃,保温时间20 min的工艺条件下,增强相钨粉含量为15%(体积分数)时,接头抗剪强度最高为166 MPa.     

电弧熔炼合成Ti3SiC2/TiC复合物的微观组织和高温弯曲强度

用电弧熔炼工艺通过高温液态反应原位合成了Ti3SiC2/TiC复合物.微观组织分析表明,TiC与Ti3SiC2形成复相晶粒结构.随着Si含量的增加,在1100℃,Ti3SiC2/TiC复合物的弯曲强度从177MPa降到92MPa;复相晶粒结构和TiC的颗粒增强机制的协同作用是高温弯曲强度提高的主要原因.     

Cf/SiC复合材料与Ti合金的Ag-Cu-Ti-TiC复合钎焊

以Ag-Cu-Ti-TiC复合钎料为中间层,在适当的工艺参数下真空钎焊Cf/SiC复合材料与Ti合金.利用SEM、EDS和XRD分析接头的微观组织结构,利用剪切实验检测接头的力学性能.结果表明:钎焊时,借助液态钎料,复合钎料中的Ti与Cf/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面形成Ti-Si-C、Ti-Si和少量TiC化合物的混合反应层;复合钎料中的Cu与Ti合金中的Ti发生互扩散,在连接层与Ti合金界面形成不同成分的Cu-Ti化合物过渡层;钎焊后,形成TiC颗粒强化的致密复合连接层,TiC的加入降低了接头的残余热应力,Cf/SiC/Ag-Cu-Ti-TiC/TC4接头的剪切强度明显高于Cf/SiC/Ag-Cu-Ti/TC4接头的.     

连接温度、压力和保温时间对Ti3SiC2／Ni扩散连接接头性能的影响

利用Gleeble 3500热模拟实验机，在800～1100℃、10～90min和6-20MPa条件下对Ti3SiC2和Ni进行真空扩散连接。通过正交实验，研究了连接温度、连接压力和高温保温时间对试样连接强度的影响，优选出最佳工艺参数。结果表明，扩散连接工艺参数显著影响Ti3SiC2／Ni接头的剪切强度。在1000℃、10min和20MPa实验条件下，获得的Ti3SiC2／Ni接头的剪切强度达到（121±7）MPa，接近Ti3SiC2陶瓷的剪切强度。     

SiCf/SiC与MX246A钎焊接头界面组织及性能分析

利用Ti,Hf的反应活性配制的高温活性钎料,对SiC_f/SiC复合材料与MX246A高温合金进行了高温钎焊,并实现两者高强度钎焊连接,分析了接头界面微观组织、物相组成与力学性能. 结果表明,(SiC_f/SiC)/MX246A钎焊接头界面中有Ni₂Si,NiTi,TiC,NiAl,Ni₃₁Si₁₂等产物生成,其结构可以表示为:(SiC_f/SiC)/TiC + NiTi + Ni₂Si + Ni₃₁Si₁₂ + (Ni, Cr) + (Cr, W) + (W, Mo)/MX246A. 在室温及1 000℃下,钎焊接头抗剪强度均达到70 MPa以上,接头断裂于复合材料侧. 在1 270 ℃保温15 min条件下,(SiC_f/SiC)/MX246A钎焊接头1 000 ℃的平均抗剪强度可达到90 MPa.     

Cf/SiC复合材料与304不锈钢钎焊接头组织与性能

采用Ti-Zr-Be活性钎料作为连接层,在一定工艺参数下真空钎焊C_f/SiC复合材料和304不锈钢.利用SEM,EDS,XRD和俄歇谱仪分析接头微观组织结构,利用剪切试验检测接头力学性能,分析了工艺参数对接头抗剪强度的影响.结果表明,在复合材料附近形成ZrC+TiC+Be₂C/Ti-Si反应层,连接层中主要包含FeZr₂,锆基固溶体,BeTi,Ti-Zr固溶体等反应产物,304不锈钢附近形成FeTi/αFe反应层.在连接温度为950℃,连接时间为60min时,接头室温抗剪强度最高为109.3 MPa,断裂位置为C_f/SiC复合材料与中间层连接界面靠近复合材料端.     

用Ti3SiC2粉料连接反应烧结SiC陶瓷

用Ti3SiC2粉末作为焊料,采用热压反应烧结连接法连接SiC,通过正交实验,研究了连接温度、高温保温时间、连接压力和连接层厚度对试样连接强度的影响,优选出的最佳工艺参数分别为:1 500℃,30 min,30MPa,150 μm.所得到的接头最大剪切强度为39.49 MPa.微观结构研究和成分分析表明:在界面处,发生了元素的扩散,促进了界面结合,有明显的反应扩散层.物相分析显示在高温、高压、氩气气氛以及使用石墨模具的条件下,Ti3SiC2与母材发生界面反应,实现界面结合.     

Si/SiC复相陶瓷与殷钢钎焊接头组织结构研究

以Ti、Cu混合金属粉末为钎料真空钎焊Si/SiC复相陶瓷与殷钢,通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射对接头组织结构进行分析.结果表明:Ti-Cu钎料对陶瓷和殷钢都具有良好的润湿性;在980℃保温10 min条件下形成良好的连接接头.连接层主要由Ti-Cu化合物和Ti5Si3相组成,在连接层与陶瓷界面生成TiSi2、Ti3SiC2和TiC反应层:在980℃保温15 min条件下,连接层中生成的化合物种类没有变化,但在近缝区的陶瓷中产生了横向裂纹,导致接头强度急剧下降.接头室温剪切强度在980℃保温10 min时最高达到90 MPa.     

SiC/TiAl扩散连接接头的界面结构及连接强度

对常压烧结的ＳｉＣ陶瓷与ＴｉＡｌ金属间化合物进行了真空扩散连接。采用扫描电镜、电子和Ｘ射线衍射分析等确定了反应产物的种类和接头的界面结构,并用拉剪试验评价了接头的连接强度。研究结果表明：ＳｉＣ与ＴｉＡｌ扩散连接中生成了ＴｉＡｌ２、ＴｉＣ和Ｔ５Ｓｉ３Ｃｘ三种上,接头的界面结构为ＳｉＣ／ＴｉＣ／（ＴｉＣ＋Ｔｉ５Ｓｉ３Ｃｘ）／ＴｉＡｌ。在１５７３Ｋ和１．８ｋｓ的连接条件下,接头室温剪强度达到２４０ＭＰａ     

碳化硅复合材料与碳钢钎焊接头的抗剪强度及微观结构

采用磁控溅射镀膜技术对碳/碳化硅复合材料(C/SiC)表面进行镀Ti金属化,以AgCu₂₈为钎料,无氧铜为中间层与碳钢进行钎焊连接. 研究无氧铜中间层、Ti膜厚度和钎焊温度对接头组织形貌和力学性能的影响. 结果表明,采用无氧铜中间层可有效降低接头的残余应力,提高接头强度,并阻挡C/SiC复合材料中的Si元素在钎焊过程中扩散至碳钢侧,防止了碳钢界面FeSi_x恶性反应层的形成. 在试验范围内,钛膜厚度和钎焊温度与接头抗剪强度之间均存在峰值关系. 860 ℃,3 μm Ti膜接头平均抗剪强度最高,达到25.5 MPa. 由剪切试样碳钢侧断口,可观察到大量平行断口方向的碳纤维和碳纤维脱粘坑. 断裂发生在C/SiC复合材料内部距界面约300 μm处. C/SiC界面反应产物以Ti₅Si₃为主,含少量TiC. 钎缝中有TiCuSi相生成.     

AgCu+SiC复合钎料中SiC含量对Al2O3/TC4接头组织和性能的影响

采用AgCu+SiC复合钎料钎焊连接了Al₂O₃陶瓷与TC4钛合金,研究了SiC增强相含量与钎焊温度对接头组织与性能的影响,发现接头的典型组织为Al₂O₃陶瓷/Ti₃Cu₃O/Ag基固溶体+Cu基固溶体+TiC+Ti₅Si₃/TiCu₂/TiCu/TC4钛合金. 陶瓷一侧的反应层随着钎焊温度的升高而变厚,随着增强相含量的增加而变薄,当增强相含量较少时,反应产物呈弥散分布,当增强含量较多时,反应产物发生了团聚现象. 钎焊的反应产物随着钎焊温度的升高由团聚分布变为弥散分布. 接头的抗剪强度随着增强相的含量与钎焊温度的升高先增加后降低,当增强相含量为3%（质量分数）,钎焊温度为870℃时达到最大,为98 MPa.     

SiC陶瓷真空钎焊接头界面结构及机理分析

采用Ti-Zr-Ni-Cu钎料对SiC陶瓷进行了真空钎焊,研究了SiC陶瓷真空钎焊接头的界面显微组织和界面形成机理.试验中采用扫描电子显微镜(SEM)对接头组织进行了观察,并进行了局部能谱分析.结果表明,接头界面产物主要有TiC,Ti₅Si₃,Zr₂Si,Zr(s,s),Ti(s,s)+Ti₂(Cu,Ni)和(Ti,Zr)(Ni,Cu)等.接头的界面结构可以表示为:SiC/TiC/Ti₅Si₃+Zr₂Si/Zr(s,s)/Ti(s,s)+Ti₂(Cu,Ni)/(Ti,Zr)(Ni,Cu).钎焊过程分为五个阶段:钎料与母材的物理接触;钎料熔化和陶瓷侧反应层开始形成;钎料液相向母材扩散、陶瓷侧反应层厚度增加,钎缝中液相成分均匀化;陶瓷侧反应层终止及过共晶组织形成;钎缝中心金属间化合物凝固.在钎焊温度960℃,保温时间10 min时,接头抗剪强度可达110 MPa.     

机械诱发自蔓延反应合成Ti3SiC2的机理研究

机械合金化3Ti/Si/2C粉体,会诱发自蔓延反应,产生组成相为TiC、Ti3SiC2、TiSi2和Ti5Si3的粉体与块体产物.获得的粉体和块体产物中Ti3SiC2含量分别约为17.6%和58.2%(质量分数,下同).本研究提出了一个机械诱发自蔓延反应合成Ti3SiC2的反应机制,即Ti3SiC2是从固相TiC与Ti-Si液相中形核并长大.最后讨论了机械诱发自蔓延反应与自蔓延高温烧结对合成产物中Ti3SiC2含量及显微形貌的影响.     

直流电热冲击辅助多组分氧化物钎焊SiC陶瓷的工艺及性能

开发了一种直流电热冲击辅助高温钎焊新技术,成功实现了18.77Gd₂O₃?4.83Y₂O₃?28.22TiO₂?8.75ZrO₂?39.43Al₂O₃多组分氧化物钎料与SiC陶瓷母材之间的钎焊连接. 加热元件采用碳纤维编织体,在20 A直流电流及800 W截断功率下,实现了最佳剪切强度为136.27 MPa的SiC钎焊接头. 多组分氧化物钎料中Al₂O₃及TiO₂组分对实现良好的SiC陶瓷钎焊接头至关重要,其中TiO₂组分与SiC在高温下发生反应从而在界面处生成厚度约为10 μm的富Ti界面反应层,Al₂O₃相向母材中渗入而形成的枝状通道起到钉扎效果,有利于提升钎焊接头整体强度. 热输入过大时,SiC母材严重分解,大量C元素向钎缝区扩散,导致钎缝区出现明显裂纹缺陷,剪切强度降低至约60 MPa,断裂完全发生于钎缝区.     

Microstructure and mechanical properties of ZrB2–SiC ultrahigh temperature ceramic composite joint using TiZrNiCu filler metal

Abstract

ZrB₂–SiC ceramic composite was brazed by using TiZrNiCu active filler metal. The microstructure and interfacial phenomena of the joints were analysed by means of SEM, energy dispersive X-ray spectroscopy and X-ray diffraction. The joining effect was evaluated by shear strength. The results showed that the reaction products of the ZrB₂–SiC ceramic composite joint were TiC, ZrC, Ti₅Si₃, Zr₂Si, Zr(s,s) and (Ti, Zr)₂ (Ni, Cu), and the microstructure was separately ZrB₂–SiC/Zr(s,s)/Ti₅Si₃+Zr₂Si+TiC+ZrC+(Ti,Zr)₂(Ni,Cu)/Zr(s,s)/ZrB₂–SiC. A conceptual interface evolution model was established to explain the interface evolution mechanism. The maximum shear strength of the brazed joints was 143·5 MPa at the brazing temperature T of 920°C and the holding time t of 10 min.