ZrO2陶瓷活性钎焊机理及变色行为研究

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1、ZrO2陶瓷活性钎焊机理及变色行为研究FormationMechanismandDiscolorationBehaviorofZirconiaCeramicActiveBrazing领域：材料加工工程研究生：王娜指导教师：王东坡教授天津大学材料科学与工程学院二零一七年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的，论文中不包含其他人已经发表研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外或撰写过的研宄成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证一书而使用过

2、的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。？＞／日：年Ｐ月学位论文作者签名：签字日期学位论文版权使用授权书。本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检。、、汇编以供查阅和借阅同意学校索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。）（保密的学位论文在解密后适用本授权说明导师签名：＾学位论文作者签名：＆＞日７：列年

3、月日签字日期／签字日期：如〇年以月摘要ZrO2陶瓷具有较高的硬度、优异的高温性能和良好的耐磨性。金属Nb具有优良的塑性，低的韧脆转变温度和良好的耐蚀性能，将两者可靠连接可应用于耐高温、耐腐蚀的航天推进系统中。活性钎焊作为实现陶瓷与金属异种材料冶金连接的常用方法，应用较广泛。本文使用惰性Mo颗粒增强相制备Ag-Cu-Ti+Mo复合钎料，实现ZrO2陶瓷与金属Nb的可靠活性钎焊连接。本文使用SEM、XRD、TEM等测试手段对Mo颗粒作用下ZrO2陶瓷/Nb钎焊接头的界面组织和形成机理进行分析研究。结果表明

4、，紧邻ZrO2陶瓷TiO层的形成优先于Ti3Cu3O，随后Ti3Cu3O的增厚会逐渐消耗TiO层，最终陶瓷侧反应层由Ti3Cu3O层和消耗剩余的TiO层构成。可以通过改变Mo含量来调节复合钎料中Ti活度和邻近ZrO2陶瓷界面可用Ti浓度，从而改变TiO层的消耗程度。研究了Mo含量对ZrO2陶瓷/Nb钎焊接头界面组织和力学性能的影响规律。ZrO2陶瓷侧反应层厚度、钎缝中组织形貌以及钎焊接头残余应力等因素相互作用共同影响接头的力学性能。900°C/10min时，添加5wt.%的Mo颗粒钎焊接头抗剪强度达到最大值

5、370MPa，相比未添加Mo颗粒提高150%。适量低热膨胀系数的Mo颗粒可以降低ZrO2陶瓷与Nb物理性能的不匹配度，缓解接头残余应力。弥散分布的Mo颗粒作为形核质点促使接头界面组织分布更加均匀细小。但是过量Mo颗粒团聚反而使得接头界面应力增加，对接头强度造成不利影响。通过XRD、XPS和ESR等手段，对钎焊后的ZrO2变色陶瓷基体表面和ZrO2陶瓷/钎料界面进行表征。ZrO2陶瓷钎焊变色机理归因于ZrO2陶瓷中氧空位的形成，这也为ZrO2和Ti反应形成界面反应层提供了证据。随着ZrO2陶瓷侧形成钛氧化物反

6、应层厚度的增加，参与界面反应的Ti，O含量增加，与之相对应ZrO2陶瓷的变色现象也越加明显。并对钎焊前后ZrO2陶瓷基体的各项力学性能变化情况进行对比研究。关键词：ZrO2陶瓷，Ag-Cu-Ti+Mo复合钎料，界面组织，形成机理，力学性能，陶瓷变色IABSTRACTZrO2ceramic,asanimportantengineeringandstructuralceramic,hashighhardness,goodhightemperatureperformanceandwearresistance.Ni

7、obium,asakindofrefractorymetal,hasexcellentductility,lowductile-brittletransitiontemperatureandgoodcorrosionresistance.ThereliableconnectionbetweenZrO2ceramicandNbhasbeencommonlyappliedinthehigh-temperatureandcorrosion-resistantspacepropulsionsystems.Activ

8、ebrazing,asakindofconnectionmethod,hasbeenwidelyusedinmetallurgicaljoiningofceramicandmetal.Inthispaper,ourresearchintoaddingMoparticlestoAg-Cu-TifillermetaltoimprovethebondingpropertiesofNbandZrO2ceramicbraz