Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復(fù)合材料焊接技術(shù)研究.pdf

1、Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復(fù)合材料是一種超硬材料，具有廣闊的應(yīng)用前景，該陶瓷基復(fù)合材料常通過(guò)燒結(jié)的方法成型，因此在生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件時(shí)常需要通過(guò)焊接的方法進(jìn)行成型，而該陶瓷基復(fù)合材料的高脆性特點(diǎn)使得其焊接方法的選擇相對(duì)固定。鑒于此，本研究開展了Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復(fù)合材料的真空釬焊和真空瞬間液相擴(kuò)散焊技術(shù)研究。
　　本研究首先選用了CuTi和CuZr釬料合金，在950℃下實(shí)現(xiàn)了該陶瓷基復(fù)合材料的釬焊連接。通過(guò)光學(xué)顯

2、微鏡、掃描電子顯微鏡和X射線衍射分析研究了接頭的結(jié)構(gòu)和形成機(jī)理，通過(guò)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)研究了該接頭的力學(xué)性能，通過(guò)斷口分析和有限元計(jì)算，研究了接頭彎曲斷裂機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：利用CuTi釬焊該陶瓷基復(fù)合材料時(shí)，母材中的Al2O3增強(qiáng)相與Ti反應(yīng)生成Ti3Al金屬間化合物和Cu3Ti3O化合物，從而實(shí)現(xiàn)釬焊連接；利用CuZr釬焊該陶瓷基復(fù)合材料時(shí)，母材中的Al2O3增強(qiáng)相與Zr原子反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為ZrO2和單質(zhì)Al，單質(zhì)Al與Zr化合生成Al9

3、.83Zr0.17，剩余的單質(zhì)Al進(jìn)一步擴(kuò)散，與Cu化合反應(yīng)生成Al4Cu9金屬間化合物；CuTi釬焊接頭的彎曲強(qiáng)度隨釬焊保溫時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)釬焊保溫時(shí)間為30 min時(shí)，釬焊接頭的四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度最高，完全斷于母材，當(dāng)保溫時(shí)間為5 min、15 min和60 min時(shí)，接頭均為焊縫起裂，后斷于母材。對(duì)于CuZr釬焊接頭，其彎曲強(qiáng)度均在200 MPa以下。接頭斷裂為釬料和Ti(C,N)-Al2O3母材共同斷裂的混合斷裂模

4、式。
　　本研究也采用了Ti/Cu/Ti和Zr/Cu/Zr中間層，在980℃下實(shí)現(xiàn)了該陶瓷的瞬間液相擴(kuò)散焊連接。通過(guò)掃描電鏡研究了接頭的結(jié)構(gòu)和形成機(jī)理，通過(guò)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)研究了該接頭的力學(xué)性能，通過(guò)斷口分析，研究了接頭彎曲斷裂機(jī)理。對(duì)Ti/Cu/Ti擴(kuò)散焊接頭，Ti在980℃條件下向Cu層中擴(kuò)散生成CuTi金屬間化合物，由于固溶了一定的Al，進(jìn)而形成了(Cu,Al)Ti金屬間化合物。對(duì)于Zr/Cu/Zr接頭，其形成機(jī)理為Zr/Cu之