CSiC复合材料与TC4钎焊工艺研究

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1、工学硕士学位论文C/SiC复合材料与TC4钎焊工艺研究BRAZINGOFC/SICCOMPOSITESTOTC4ALLOYS董振华哈尔滨工业大学2008年7月国内图书分类号：TG454国际图书分类号：621.791工学硕士学位论文C/SiC复合材料与TC4钎焊工艺研究硕士研究生：董振华导师：冯吉才教授、张丽霞讲师申请学位：工学硕士学科、专业：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2008年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG454U.D.C.:621.791DissertationfortheMaste

2、rDegreeinEngineeringBRAZINGOFC/SICCOMPOSITESTOTC4AllOYSCandidate:DongZhenhuaSupervisor:Prof.FengJicai、Lect.ZhangLixiaAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MaterialsProcessingEngineeringAffiliation:SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence:July,2008De

3、gree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要C/SiC复合材料作为一种新型材料，充分结合了碳纤维和SiC基体的优势，表现出低密度、高强度、耐高温、耐烧蚀、抗冲刷等优点，在航空航天及汽车领域有着广泛的应用前景。本文采用TiZrNiCu非晶态箔片与Ni箔片实现了C/SiC复合材料与TC4合金的成功连接，确定了两种接头的界面组织结构，分析了工艺参数对接头组织的影响，解明了界面连接机理；测试了接头常温及高温力学性能，确定了接头断裂路径，建立了工艺参数-界面

4、结构-力学性能之间的关系。通过对C/SiC复合材料/TiZrNiCu/TC4合金接头界面反应的试验和分析结果，确定钎焊温度T=900℃、保温时间t=10min时，接头界面结构为：C/SiC复合材料/Ti5Si3+TiC+ZrC/(Ti2Cu+TiCu+CuZr)/[Ti(s.s)+(Ti2Cu+TiCu+CuZr)]/TC4；且当钎焊温度升高到960℃后，Ti5Si3及ZrC化合物消失。以抗剪强度来评价C/SiC复合材料/TiZrNiCu/TC4合金接头的力学性能，T=960℃，t=10min时，接头抗剪强度最高达99MPa；此时接头主要在靠近C

5、/SiC复合材料侧的TiC反应层与TiCu+Ti2Cu+CuZr化合物层断裂。960℃/10min接头在600℃、800℃高温抗剪强度分别为59MPa与54MPa。采用Ni箔片作为中间层时，T=1000℃、t=30min时，接头的界面结构为：C/SiC复合材料/TiC/Ti2Ni/[Ti2Ni+Ti(s.s)]/TC4。升高钎焊温度或延长保温时间，抗剪强度呈现先增长后降低的趋势。当T=1100℃/t=30min时，接头的抗剪强度最高，达到128MPa；此时，接头主要在靠近C/SiC复合材料侧的TiC反应层中以及钎缝中部的Ti2Ni+Ti(s.s)

6、层断裂。1100℃/30min接头在600℃高温抗剪强度为120MPa，800℃高温抗剪强度为78MPa。采用Marc有限元分析软件对两种接头的残余应力进行了研究，两种接头的残余应力分布情况大致相同，残余应力峰值均出现在钎料层与复合材料的界面处，并且在尖角处存在一定程度的应力集中。但C/SiC复合材料/TiZrNiCu/TC4合金接头的残余应力峰值高达340MPa，C/SiC复合材料/Ni/TC4合金接头的峰值仅为150MPa，而且相同区域的残余应力值前者较大，因而造成前者接头强度较低。关键词真空钎焊；C/SiC复合材料；TC4；界面组织；抗剪强

7、度-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractC/SiCcompositeisanewtypematerialandithasboththeCfiberandSiCmatrix’sadvantages,soitislow-density,high-strength,high-temperatureresistance,ablationresistanc,erosionresistanceandsoon,soitisusedinspaceandautomobileindustry.ThebrazedjointsofC/SiCcomposit

8、estoTC4alloywassuccessfullyachievedusingTiZrNiCuorNifoil.Themicrostr