高硅铝合金钎焊碳化硅陶瓷的接头微观组织和性能研究

摘要

SiC/SiC复合材料由于高温强度高、热膨胀系数低、化学稳定性和抗辐照能力好等特点被认为是核反应堆用高温部件的理想候选材料。然而，要获得大尺寸的SiC/SiC复合材料复杂构件，需要通过材料连接来实现。本文采用具有较低中子吸收截面系数的高硅铝合金钎料对SiC块体进行了真空钎焊试验。研究了硅含量对钎料的显微组织、力学性能及在SiC表面的润湿性的影响，在优化硅含量的基础上，研究了添加第三元素(Ti、Cr)对钎料及接头性能的影响。研究结果表明:
　　(1) Al-40Si、Al-50Si和Al-60Si（wt.％）这三种钎料的微观组织均由初生Si及Al+Si共晶组织组成，并且随着Si含量的增多，初生Si的尺寸及数量均增大，合金的显微硬度也随之增加。合金的抗压强度随着Si含量的增加而减少，说明共晶组织含量越多，钎料合金抗压能力越强。三种钎料均对SiC具有良好的润湿性，而Al-50Si钎料在SiC表面的润湿角最小，说明Al-50Si是用于SiC连接的较佳成分。Al-50Si钎料钎焊连接SiC接头的剪切强度为73.76 MPa。
　　(2)在Al-50Si钎料中加入Ti(2，6，10，14 wt.％)进行合金化改性，得到的钎料组织中除了初生Si及Al+Si共晶组织之外，还有TiSi2相。Al-50Si-xTi钎料中的Ti可减少初生Si的尺寸和数量，使组织更加均匀。随着Ti含量的增加，合金的硬度和抗压强度均逐渐增大。用含Ti的Al-50Si钎料连接SiC陶瓷的接头剪切强度均高于不加Ti的接头，并且在Ti的加入量为6wt.％时，获得的钎焊接头剪切强度最高，为138.98 MPa。接头剪切断口断裂方式主要由脆性断裂和韧性断裂两种方式结合。
　　(3)在Al-50Si钎料中加入Cr(2，6，10，14wt.％)进行钎料改性，合金微观组织由初生Si、Al+Si共晶组织和CrSi2组成。随着Cr含量的增加，初生Si的含量不断减少，板条状初生Si逐渐细化。合金的硬度和抗压强度随着Cr含量的增加而增大。用含Cr的Al-50Si钎料连接SiC陶瓷的接头剪切强度均高于不加Cr的接头，在Cr含量为10wt.％时，接头的剪切强度可达186.52MPa。接头剪切断口断裂方式主要由脆性断裂和韧性断裂两种方式结合。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 核用关键材料的研究现状

1．3 SiC在核应用中的优越性

1．4 SiC陶瓷连接的研究现状

1．4．1 机械连接

1．4．2 钎焊

1．4．3 扩散连接

1．4．4 反应成形连接

1．4．5 瞬时液相连接

1．4．6 先驱体连接

1．5 本文研究内容

第二章 试验材料、设备及方法

2．1．1 母材

2．1．2 钎料

2．2 试验过程及设备

2．3．1 钎料的制备

2．3．2 钎料的组织和性能分析

2．3．3 润湿铺展试验

2．3．4 钎焊试验

2．3．5 接头剪切实验

第三章 Al-Si基钎料的组织与性能及其对SiC陶瓷的润湿性

3．1．1 Al-Si过共晶钎料的XRD分析

3．1．2 Al-Si过共晶钎料的SEM分析

3．1．3 Al-Si过共晶钎料的显微硬度分析

3．2 Al-Si过共晶钎料与SiC陶瓷的润湿性试验分析

3．3 本章小结

第四章 Ti的添加对接头组织和性能的影响

4．1．2 Al(50-x)-50Si-Tix(x=2，6，10，14)钎料的XRD分析

4．1．3 Al(50-x)-50Si-Tix(x=2，6，10，14)钎料的显微硬度分析

4．1．4 Al(50-x)-50Si-Tix(x=2，6，10，14)钎料的压缩试验分析

4．2 Al-Si-Ti钎料对SiC陶瓷的润湿性能

4．3 Al(50-x)-50Si-Tix(x=0，2，6，10，14)钎料连接SiC的接头组织及力学性能

4．3．1 Al(50-x)-50Si-Ti(x，0，2，6，10，14)钎料钎焊SiC接头组织结构分析

4．3．2 Al(50-x)-50Si-Tix(x=0，2，6，10，14)钎料钎焊SiC接头剪切性能

4．3．3 Al(50-x)-50Si-Tix(x=0，2，6，10，14)钎料钎焊SiC接头剪切断口分析

4．4 本章小结

第五章 Cr的添加对接头组织和性能的影响

5．1．2 Al(50-x)-50Si-Crx(x=2，6，10，14)钎料的XRD分析

5．1．3 Al(50-x)-50Si-Crx(x=2，6，10，14)钎料的显微硬度分析

5．1．4 Al(50-x)-50Si-Crx(x=2，6，10，14)钎料的压缩试验分析

5．2 Al(50-x)-50Si-Crx(x=2，6，10，14)钎料对SiC陶瓷的润湿性能

5．3 Al(50-x)-50Si-Crx(x=0，2，6，10，14)钎料焊接SiC的接头组织及力学性能

5．3．1 Al(50-x)-50Si-Crx(x=0，2，6，10，14)钎料钎焊SiC接头组织结构分析

5．3．2 Al(50-x)-50Si-Crx(x=0，2，6，10，14)钎料钎焊SiC接头剪切性能

5．3．3 Al(50-x)-50Si-Crx(x=0，2，6，10，14)钎料钎焊SiC接头剪切断口分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文主要内容及结论

6．2 本文创新点

6．3 本文研究前景及展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况