复合钎料钎焊SiC与Nb的工艺和机理研究

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1、硕士学位论文复合钎料钎焊SiC与Nb的工艺和机理研究STUDYONPROCESSANDMECHANISMOFBRAZINGOFSiCANDNbWITHCOMPOSITEFILLERMETAL陈哲哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG454学校代码：10213国际图书分类号：621.791.1密级：公开工学硕士学位论文复合钎料钎焊SiC与Nb的工艺和机理研究硕士研究生：陈哲导师：曹健副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG454U.D.C:621.791.1D

2、issertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONPROCESSANDMECHANISMOFBRAZINGOFSiCANDNbWITHCOMPOSITEFILLERMETALCandidate：ChenZheSupervisor：AssociateProf.CaoJianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineering

3、DateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要针对SiC陶瓷钎焊过程中母材与金属基钎料显著的物理性质差异会引发较大的残余应力问题，本文从调节钎缝热膨胀系数的角度出发，配制了可实现原位合成TiB晶须与TiC颗粒的AgCuTi/B4C复合钎料，并将其应用到SiC/SiC与SiC/Nb的连接体系中，提升了相应的钎焊接头的可靠性。通过试验结果与理论分析得到了复合钎料钎焊SiC陶瓷接头的强化机制与形成机理。在SiC/SiC体系中，分别利用含B4C质

4、量分数为0%，1%，1.5%，2%四种成分的AgCuTi复合钎料对SiC/SiC实现钎焊连接。研究了工艺参数对SiC/SiC接头组织与力学性能的影响，分析了接头的断裂位置与裂纹扩展路径，建立了工艺、接头组织与力学性能的联系。一定范围内提升钎焊温度、延长保温时间均有利于钎缝原位合成TiB与TiC反应的充分进行，从而缓解接头物理性质的错配，缓解残余应力，提升接头强度。此时对应的SiC/SiC弯曲试件断裂路径与钎缝呈45°夹角，断裂主要发生在两侧的陶瓷母材上。而参数过高会导致界面反应过于剧烈，从而恶化接头性能，此时接头主要断裂在反应层上。在相同钎焊条件下，含1.5wt.%B4C成分的复合钎

5、料对应接头性能最佳，优化工艺参数为950℃，保温10min时，接头平均强度达到140MPa，比纯AgCuTi钎料能达到的最高接头强度高出52%。利用复合钎料对SiC/Nb母材体系实现了可靠的钎焊连接。由钎焊工艺对接头组织与性能影响的研究可知，Nb侧界面为固溶体组织，故塑韧性较好。接头质量主要由SiC侧界面反应与钎缝中心区反应共同决定。当SiC侧形成良好冶金结合，同时钎缝中原位合成大量弥散的TiB与TiC时，接头剪切强度最高可达98MPa，对应的工艺参数为890℃，保温10min。利用纯AgCuTi钎料与不同成分的复合钎料钎焊SiC/Nb，相同工艺参数下最佳成分复合钎料对应接头强度比纯

6、金属钎料对应强度提高了近60%。纯金属钎料与含1wt.%B4C复合钎料对应钎缝热膨胀系数较大，试件在高水平残余应力作用下以圆弧形路径完全断裂于陶瓷母材；含1.5wt.%B4C钎料对应钎缝热膨胀系数显著降低，同时钎缝还保持较好的塑性，此时接头呈复合式断裂，裂纹由SiC扩展至钎缝，钎缝的塑性变形与晶须颗粒的联合作用会阻碍裂纹扩展；含2wt.%B4C成分的钎料虽然对应钎缝的热膨胀系数很低，但钎缝的弹性模量显著提高，且塑性变差不利于应力释放，最终接头在界面处断裂。关键词：复合钎料；原位反应；残余应力；SiC；NbI哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractResidualstressof

7、highlevelusuallyexistsintheSiCbrazingjointsduetothemismatchofphysicalpropertiesbetweenceramicsandfillermetals.Giventhis,homemadeAgCuTi/B4CcompositefillermetalswereemployedinSiC/SiCandSiC/NbsystemsfortheinsitusynthesisofTiBwhiskers