碳碳复合材料钎焊技术的研究

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1、济南大学硕士学位论文摘要本文以碳／碳复合材料的复杂部件制造为应用背景，通过简单形状部件的连接技术制造为研究背景，采用真空钎焊的方法对碳／碳复合材料的钎焊进行了研究。借助扫描电镜、能谱分析、剪切试验等分析测试手段，研究分析了碳／碳复合材料／Cu．Ti的真空钎焊接头和碳／碳复合材料／A1．Ti真空钎焊接头的界面组织结构、室温力学性能，以及不同的工艺参数等对界面组织和力学性能的影响，对钎焊界面结构的形成机理进行了探讨。以Cu为基体，设计了不同配比的Cu-Ti钎料。对不同配比的钎料，采用座滴试样的比接触面积法，测试了钎料对碳／碳复合材料的

2、润湿性能。试验结果表明，随着n含量的增加，钎料对碳／碳复合材料的润湿性能显著提高。当n含量在10％15％时，钎料的润湿性最好，铺展面积最大。对～．n钎料，以舢为基体，设计了不同配比的钎料。对不同配比的钎料，测试了钎料对碳／碳复合材料的润湿性能。试验结果表明，随着n含量的增加，钎料对碳／碳复合材料的润湿性能提高。当n含量在10％-15％时，钎料的润湿性最好，铺展面积最大。熔化钎料中的活性元素Ti向接触面偏聚，反应生成TiC，这样会降低液态金属与碳／碳复合材料的界面能，促进润湿。当n含量过少时，C与n在界面反应生成的化合物太少而且不均

3、匀，使得钎料的润湿性太差。而n含量过多时，导致钎料的熔点升高，在本试验选用的钎焊温度下不能很好的熔化。利用Cu-Ti钎料对碳／碳复合材料进行真空钎焊，从焊接接头的界面层依次为C—C、TiC、Cu．Ti共晶组织乜Cu，依据所发现的界面结构，提出了界面结构的形成机理和界面形成过程模型。试验结果表明，当钎焊工艺参数变化时，接头界面产的种类并未改变，TiC层的厚度和Cu-Ti共晶组织、aCu所占界的比例会发生一定的变化。随着钎焊温度的提高或保温时间的延长，TiC的厚度逐渐增大；而钎缝中的Cu-Ti共晶组织逐渐减少。当钎焊温度为1050℃、

4、保温时间为30min时，接头可以获得最佳的剪强度21MPa，钎焊工艺参数对钎焊接头的性能影响显著。采用～．Ti钎料真空钎焊碳／碳复合材料，焊接接头的界面层次依次为C犯!、TiC、砧．1fi共晶组织和砧。当钎焊时所加压力较小时，焊缝缺陷很多，接头剪切强度不高。随着所加压力的增加，钎焊界面逐渐平直，剪切强度增高。而所加压力过大时，钎料碳／碳复合材料钎焊技术的研究熔化后流失过多，不利于性能的提高。钎焊工艺参数对接头抗剪强度的影响存在最佳取值，当钎焊温度为1100℃、保温时间为lOmin时，接头可获得最佳的抗剪强度12．3MPa。关键词：

5、碳／碳复合材料；铜基钎料；铝基钎料；界面组织；力学性能；钎焊Il济南大学硕士学位论文ABSTRACTInordertomeettherequirementofjoiningcarbon／carboncomposites，theinterfacialmicrostructureandthemechanicalpropertiesofC犯brazedtoc／cwerestudyed．BySEM，EDSandshearingtest,theinterracialmicrostructureandthemechanicalproperti

6、esofthejointswerestudiedatroomtemperature，andtheeffectsofthedifferentprocessingparametersonthemicrostructureandthegrowingprocessofbrazingjointwerealsodiscussed．ThewettabilitiesofCu-TialloysandA1-Tialloys、析thcarbon／carboncompositesweremeasuredbythemethodsofspecificcont

7、actareaofsessiledrop．TheresultsshowedthatwhentheTicontentreaches10％to15％．thewettabilityofCu·面alloyswithcarbon／carboncompositesisgood．Butforaluminumbasedbrazingfillermetal，whentheatomicpercentageofTireached10％to15％，thewettabilityofA1-Tialloys谢tllcarbon／carboncomposites

8、isgood．TheresultsshowedthatwhenusingCubasedbrazingfillermetaltobrazingcarbon／carboncomposites，thejointwhichbrazedat1050。Cand