(Cf-SiCf)_SiBCN高温钎焊连接工艺及机理研究

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1、硕士学位论文(Cf-SiCf)/SiBCN高温钎焊连接工艺及机理研究STUDYONTECHNOLOGYANDMECHANISMOF(Cf-SiCf)/SiBCNCERAMICBRAZINGWITHHIGHTEMPERATUREALLOY宋雪哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG456.3学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文(Cf-SiCf)/SiBCN高温钎焊连接工艺及机理研究硕士研究生：宋雪导师：林铁松副教授申请学位：工学硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程

2、学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG456.3U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTECHNOLOGYANDMECHANISMOF(Cf-SiCf)/SiBCNCERAMICBRAZINGWITHHIGHTEMPERATUREALLOYCandidate：SongXueSupervisor：A.Prof.LinTiesongAcademicDegreeAppliedfor

3、：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要(Cf-SiCf)/SiBCN陶瓷是一种新型高温用的陶瓷材料，其中添加的Cf和SiCf纤维对材料起到增强的效果，这种陶瓷多应

4、用在高温环境下，1700℃下尚能保持良好性能。由于其烧结工艺尚不能实现陶瓷多种尺寸和外形的制作，故实现该陶瓷的连接具有重要意义。本文使用了两种高温钎料，实现了对(Cf-SiCf)/SiBCN陶瓷钎焊连接，研究了两种钎料的特性和连接机制。首先研究了Ti-Ni体系钎料连接(Cf-SiCf)/SiBCN陶瓷连接机理和工艺参数影响规律。选用了5种成分的钎料进行连接试验，Ti-Ni系钎料的连接温度为1200℃~1300℃，钎料中的Ni含量对接头形貌和强度有着重要影响，只有当钎料中的Ni含量超过50at.%时，且钎料箔片的叠层

5、方式为Ni/Ti/Ni时才能实现陶瓷的有效连接，Ti含量过多或者以Ti/Ni/Ti叠层时，陶瓷和钎料层界面处产生的Ti的硬质化合物过多，物性不匹配及应力集中导致界面处开裂。Ni含量和钎焊温度对界面处扩散层的厚度影响十分明显，Ni含量增加以及钎焊温度升高时，扩散层的厚度都随之增加。对Ti-Ni系钎焊接头进行了力学性能的测试，其中，采用Ti-60Ni钎料在1250℃的钎焊温度下的接头达到最大强度，达到了25MPa。采用了有限元数值模拟方法分析了陶瓷/Ti-Ni/陶瓷接头的应力分布状态，建立了5种模型，并发现Ni2Si扩

6、散层厚度以及Ti-Ni成分比例对应力分布影响较大，Ni含量和扩散层厚度增加时最大应力减小。随后采用电弧熔炼制备了Ti-13.5Si和Ti-84Si两种钎料。其中Ti-84Si在陶瓷表面的润湿性良好，润湿角为17°，Ti-13.5Si不能与陶瓷表面形成良好的结合。使用Ti-84Si对(Cf-SiCf)/SiBCN陶瓷钎焊连接，连接温度在1380℃~1420℃，保温时间在5min~20min，冷却速度为15℃/min和40℃/min。焊缝中组织主要为共晶组织，在反应层内侧生长出规则形状的Ti(C0.3，N0.7)和Ti

7、(Bx，Cy)。在较高温度和较长保温时间下，焊缝内的共晶组织变得均匀，并且Ti化合物长大明显。对Ti-84Si不同工艺参数下的接头进行了力学性能测试，最高强度为82MPa，工艺参数为1380℃下保温20min。对接头内部组织进行了纳米压痕测试，发现相界面对裂纹扩展起到了良好抑制作用。关键词：(Cf-SiCf)/SiBCN陶瓷；Ti-Ni钎料；Ti-Si钎料；残余应力分布；工艺参数-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Abstract(Cf-SiCf)/SiBCNisoneoftheadvancedceramicmat

8、etialsappliedinhigh-temperatureenvironments.TheaddedCfandSiCfcanenhancetheceramic.Itstillkeepgoodperformanceunder1400℃.Duetothedifficultyofitsvarioussizeandshapeproducingwithcurren