【摘 要】
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C/SiC是通过碳纤维的增韧效果改变陶瓷本身质脆、韧性差的性质。它既具有碳化硅基体耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高强度、抗热震等性能,同时由于碳纤维的增韧作用,有效的缓解了陶瓷本身性脆的缺点,它能够在1650℃下长期稳定工作,在2000℃短时间使用,在2800℃瞬时工作,是新一代航天材料中的重要成员。但由于其机械加工性能差的原因,要制造结构复杂或者大尺寸的结构件时存在困难。正好Nb及其合金具有良好的高温
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C/SiC是通过碳纤维的增韧效果改变陶瓷本身质脆、韧性差的性质。它既具有碳化硅基体耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高强度、抗热震等性能,同时由于碳纤维的增韧作用,有效的缓解了陶瓷本身性脆的缺点,它能够在1650℃下长期稳定工作,在2000℃短时间使用,在2800℃瞬时工作,是新一代航天材料中的重要成员。但由于其机械加工性能差的原因,要制造结构复杂或者大尺寸的结构件时存在困难。正好Nb及其合金具有良好的高温性能,其焊接性能优异,是一种航空航天领域优选的结构材料。将其两者进行连接实现这种接头结构在航空航天领域的应用。本文在研究C/SiC与Nb的钎焊连接时,从制约接头强度的残余应力缓解和它的高温性能两个方面出发,首先本文通过电化学腐蚀对陶瓷表面进行结构设计,有效的缓解接头的残余应力。其次,通过新型高温钎料Ti-Co进行接头的连接,研究了焊接工艺参数对接头的影响,并提出使用Ti箔作为中间层优化焊缝组织结构。最后通过向钎料中添加TiC颗粒来增强焊接接头,为了提高增强相的添加量,采用碳布作为中间层实现了两者的良好连接。通过电化学腐蚀对C/SiC表面进行结构调控,当选择合适的腐蚀工艺参数时就会在其表面产生一定深度的腐蚀结构。本试验中当腐蚀深度为106μm时,接头取得最大的剪切强度,此时的腐蚀工艺参数为:腐蚀电压为1.2V、腐蚀时间为2h。Ti-Co钎料钎焊C/SiC与Nb时形成的接头的界面结构为:C/SiC/TiC+Ti5Si3反应层/Ti2Co+（Ti,Nb）固溶体/（Ti,Nb）固溶体/Nb。在钎焊温度为1130℃、保温时间为20min、中间层厚度为200μm时,接头取得了最大的剪切强度,室温强度为131.4MPa,800℃下的强度为81.7MPa。未添加中间层时焊缝中主要由脆性的Ti2Co组成,由于中间层的加入,不仅有效的阻挡了母材中Nb元素向焊缝中的扩散,同时焊缝中Ti2Co的占比减小,取代它的是Ti（s,s）固溶体。当向Ti-Co钎料中添加增强颗粒TiC时,焊接接头的界面结构和力学性能都发生了改变。在复合钎料钎焊接头的焊缝中,TiC颗粒均匀分布在焊缝中,但是当添加量增大时,这些颗粒就会出现聚集的现象,使得钎焊接头出现孔洞等缺陷。为此,本文通过设计碳布中间层来增加TiC颗粒的添加量,从最后接头的力学性能测试发现,接头的强度有了大幅度的改善。最大的剪切强度为144.4MPa,比纯TiCo钎料的钎焊接头强度提高了47.3%。
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