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1、碩士學(xué)位論文SiC陶瓷與AISI446不銹鋼空氣反應(yīng)釬焊工藝與界面形成機(jī)理INVESTIGATIONONTHEPROCESSANDMECHANISMOFMICROSTRUCTUREOFSILICONCARBIDE/446STAINLESSSTEELREACTIVEAIRBRAZINGJOINT王志權(quán)哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國內(nèi)圖書分類號：TG454學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：621.791.1密級：公開工程碩士學(xué)位論文SiC陶瓷與AISI446不銹鋼空氣反應(yīng)釬焊工藝與界面形成機(jī)理碩士研究生：王志權(quán)導(dǎo)師：馮吉才教授申請學(xué)位：工程碩士學(xué)科：材料工程所在單位：材料
2、科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2018年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TG454U.D.C:621.791.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringINVESGATIONONTHEPROCESSANDMECHANISMOFMICROSTRUCTUREOFSILICONCARBIDE/446STAINLESSSTEELREACTIVEAIRBRAZINGJOINTCandidate：WangZhiquanSupervisor：Prof.FengJicaiAcademicDegreeAppliedf
3、or：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士論文摘要SiC陶瓷作為一種優(yōu)秀的高溫陶瓷材料，機(jī)械性能優(yōu)異，耐高溫抗氧化能力很強(qiáng)，線膨脹系數(shù)很低且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。由于其本身具有極高的硬度和脆性，難以通過常規(guī)機(jī)加工手段制備大尺寸、復(fù)雜結(jié)構(gòu)工
4、件，限制了其優(yōu)異性能的發(fā)揮。高鉻鐵素體不銹鋼(446)具備較強(qiáng)的抗氧化能力，耐熱蝕性良好，塑性和延展性優(yōu)異，與SiC陶瓷連接后獲得的陶瓷/不銹鋼復(fù)合構(gòu)件能夠綜合二者優(yōu)勢，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用潛力巨大。目前常用的連接方法（如擴(kuò)散連接、活性金屬釬焊等）工藝設(shè)備復(fù)雜，接頭不具備抗氧化能力。空氣反應(yīng)釬焊作為一種新型陶瓷連接方法目前主要用于氧化物與鈣鈦礦類陶瓷的連接，未見非氧化物陶瓷空氣反應(yīng)釬焊特性的任何報道。本課題首次采用空氣反應(yīng)釬焊方法，在高溫空氣氣氛中成功實現(xiàn)非氧化物SiC陶瓷與446不銹鋼之間的可靠連接，利用掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、X射線衍射（XRD）和抗剪強(qiáng)
5、度測試等技術(shù)深入分析了接頭組織與力學(xué)性能演化規(guī)律。首先通過高溫氧化在SiC陶瓷表面制備一層均勻致密的無定形SiO2，旨在改善Ag基釬料在SiC陶瓷表面的潤濕效果。選擇Ag-CuO釬料體系空氣反應(yīng)釬焊SiC陶瓷時，發(fā)現(xiàn)Ag-CuO釬料在陶瓷表面潤濕效果很差，無法形成可靠連接；選用Ag-V2O5釬料體系成功連接了SiC陶瓷，利用SEM/EDS、XRD與透射電子顯微鏡（TEM）對接頭界面及斷口形貌、物相組成進(jìn)行分析。研究了陶瓷氧化時間、釬料成分及釬焊工藝對接頭界面組織和室溫抗剪強(qiáng)度的影響規(guī)律與作用機(jī)制。確定最佳工藝參數(shù)：釬料成分為Ag-8mol.%V2O5，1050°C/30
6、min。釬焊過程中V2O5將SiC氧化成SiO2，其厚度達(dá)到5-8μm，氧化層表面仍保留極薄的無定形C層，Ag與無定形C以某種方式穩(wěn)定結(jié)合，確保了Ag基釬料與陶瓷母材之間的可靠連接。所得釬焊接頭界面結(jié)構(gòu)為：SiC/SiO2/無定形C/Ag+VO2+V2O5+VxOy（其他低價釩氧化物）/無定形C/SiO2/SiC。接頭最高室溫抗剪強(qiáng)度為35MPa。利用Ag-V2O5釬料體系成功空氣反應(yīng)釬焊了SiC陶瓷與446不銹鋼。對接頭的界面組織進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上探究了釬料成分與釬焊工藝對接頭界面組織與室溫抗剪強(qiáng)度的影響規(guī)律。確定最優(yōu)工藝參數(shù)為：Ag-8mol.%V2O5，1000
7、°C/30min。此時接頭最高室溫抗剪強(qiáng)度為18MPa。釬焊連接過程中，V2O5與SiC反應(yīng)生成SiO2和其他低價釩氧化物（如VO2等）。釬縫以Ag+VO2為基體，其余低價釩氧化物（如V2O3等）一部分聚集在不銹鋼表面，與其他金屬氧化物復(fù)合生成(Fe,Cr,V)2O3尖晶-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士論文石相，一定程度上避免了不銹鋼的過度氧化；另一部分聚集在陶瓷表面的氧化層附近，呈連續(xù)分布狀態(tài)，這是因為氧化物之間的表面能更低。陶瓷/不銹鋼釬焊接頭界面結(jié)構(gòu)為：446SS/(Fe,Cr,V)2O3/Ag+VO2/無定形C/SiO2/SiC。由于
