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1、碩士學(xué)位論文C/SiC復(fù)合材料與GH99的釬焊工藝及機(jī)理研究RESEARCHONPROCESSINGANDMECHANISMOFBRAZINGC/SiCCOMPOSITEANDGH99張若蘅哈爾濱工業(yè)大學(xué)2015年6月國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類號(hào)：TG454學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書(shū)分類號(hào)：621.791.1密級(jí)：公開(kāi)工學(xué)碩士學(xué)位論文C/SiC復(fù)合材料與GH99的釬焊工藝及機(jī)理研究碩士研究生：張若蘅導(dǎo)師：張麗霞教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：材料加工工程所在單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2015年6月授予學(xué)位單
2、位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TG454U.D.C:621.791.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPROCESSINGANDMECHANISMOFBRAZINGC/SiCCOMPOSITEANDGH99Candidate：ZhangRuohengSupervisor：Prof.ZhangLixiaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality
3、：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要C/SiC復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、抗熱震性等突出優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)其與GH99的連接可以制成高超聲速飛行器翼舵構(gòu)件，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。C/
4、SiC與GH99釬焊時(shí)，GH99溶解的Ni與C/SiC劇烈反應(yīng)，生成大量脆性化合物相。為控制界面反應(yīng)，減少脆性化合物生成，本文采用Nb做阻隔層，配制NiCrNb與TiCo兩種釬料，研究了工藝參數(shù)對(duì)接頭組織及力學(xué)性能的影響，并從熱力學(xué)角度分析了界面反應(yīng)過(guò)程。為緩解C/SiC與GH99線脹系數(shù)差異在接頭中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，設(shè)計(jì)了網(wǎng)狀中間層，并通過(guò)計(jì)算分析了中間層對(duì)接頭殘余應(yīng)力的緩解機(jī)制。C/SiC與GH99直接釬焊時(shí)，Ni與SiC基體發(fā)生反應(yīng)形成Ni-Si化合物，同時(shí)Ni原子可通過(guò)Ni-Si相向SiC中擴(kuò)
5、散，推動(dòng)Ni-SiC反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，生成大量Ni-Si化合物惡化接頭性能。為了抑制Ni與C/SiC的過(guò)度反應(yīng)，本文提出在C/SiC與GH99之間添加Nb箔作為阻隔性中間層，阻隔GH99側(cè)Ni向C/SiC處擴(kuò)散，控制Ni與SiC基體的過(guò)度反應(yīng)。采用NiCrNb/Nb/BNi5為中間層釬焊C/SiC與GH99時(shí)，C/SiC/Nb側(cè)接頭界面組織為：C/SiC/Ni2Si+NiSi/NbC+CrxCy/NbCr2(HT)+Ni3Nb/(Nb,Cr,Ni)s.s/Nb。釬焊工藝對(duì)接頭界面組織及力學(xué)性能有重要影響
6、，當(dāng)釬焊溫度為1190℃、保溫時(shí)間10min時(shí)，接頭達(dá)到最高抗剪強(qiáng)度32MPa。通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算和Ni-Si-C相圖分析闡明了Ni2Si是界面的主要反應(yīng)產(chǎn)物，Ni2Si的生長(zhǎng)是依靠Ni在晶界中的快速擴(kuò)散推動(dòng)的，其厚度的平方值與擴(kuò)散時(shí)間大致呈正比關(guān)系。針對(duì)NiCrNb釬料釬焊時(shí)界面反應(yīng)層過(guò)厚，反應(yīng)產(chǎn)物高溫性能不佳的缺點(diǎn)，使用Ti-Co釬料對(duì)添加Nb阻隔層的C/SiC與GH99進(jìn)行釬焊。C/SiC/Nb側(cè)接頭典型界面構(gòu)為：TiC+NbC/Ti2Co+(αTi,Nb)/(αTi,Nb)，研究了工藝參數(shù)對(duì)接頭
7、界面組織和力學(xué)性能的影響，當(dāng)釬焊溫度為1160℃，保溫時(shí)間為10min時(shí)，接頭達(dá)到最高抗剪強(qiáng)度68MPa。對(duì)不同釬料體系中各元素進(jìn)行活度計(jì)算，在Ti-Co體系中Co的活度很低，界面反應(yīng)主要為T(mén)i與C/SiC的反應(yīng)，產(chǎn)物以TiC為主；在Ni-Cr-Nb體系中，Ni的活度達(dá)到0.285，是主要的活性元素，界面反應(yīng)以Ni與SiC的反應(yīng)為主。設(shè)計(jì)網(wǎng)狀中間層緩解接頭殘余應(yīng)力，優(yōu)化了網(wǎng)狀中間層的結(jié)構(gòu)，在不同的孔隙率的網(wǎng)狀中間層釬焊接頭中，Nb的溶解量有著較大不同，進(jìn)而影響接頭組織及性能，在孔隙率為9%時(shí)接頭最高
8、強(qiáng)度可達(dá)83MPa。用現(xiàn)有模型計(jì)算了網(wǎng)狀中間層的彈性模量和線膨脹系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算未添加網(wǎng)狀中間層和添加后的接頭殘余應(yīng)力，分別為463MPa和327MPa，表明網(wǎng)狀中間層的添加起到了緩解殘余應(yīng)力的作用。關(guān)鍵詞：釬焊；C/SiC；GH99；界面反應(yīng)；網(wǎng)狀中間層-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractC/SiCcompositesisanewgenerationofcompositematerialinthemodernaerospaceindustry,whichh
