C-C復(fù)合材料與TiAl合金自蔓延反應(yīng)連接工藝及機(jī)理研究.pdf

1、C/C復(fù)合材料與TiAl合金是兩種輕質(zhì)兼具優(yōu)異使用性能的材料,具有廣闊的應(yīng)用前景。本文采用了一種簡便、高效、節(jié)能的連接方法,即自蔓延反應(yīng)連接的方法,對這兩種高溫結(jié)構(gòu)材料的連接展開了系統(tǒng)的研究。采用理論計(jì)算與試驗(yàn)相結(jié)合的方法,優(yōu)化設(shè)計(jì)了連接中間層的成分,揭示了連接中間層的反應(yīng)機(jī)理。采用掃描電鏡及能譜分析、X射線衍射分析和力學(xué)性能測試等方法,對自蔓延反應(yīng)連接接頭的界面微觀結(jié)構(gòu)、組織演化規(guī)律和力學(xué)性能進(jìn)行了分析,并研究了連接工藝參數(shù)對接頭界面

2、結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響規(guī)律。
　　基于待焊母材的成分和性能,選擇了Ti-Al和Ti-Al-C粉末體系作為連接中間層。對中間層反應(yīng)的熱力學(xué)及動力學(xué)特性進(jìn)行了分析,計(jì)算了中間層體系的絕熱溫度Tad及其與預(yù)熱溫度之間的關(guān)系?；诶碚撚?jì)算的結(jié)果,優(yōu)化設(shè)計(jì)了滿足體系自蔓延反應(yīng)要求的十種中間層成分,并對中間層自蔓延反應(yīng)的表觀激活能進(jìn)行了計(jì)算。
　　結(jié)合中間層的差熱分析(DTA)、燃燒波淬熄試驗(yàn)及自蔓延合成產(chǎn)物的組織分析,對中間層的反應(yīng)機(jī)理

3、進(jìn)行了研究。Ti-Al-C中間層反應(yīng)起始于體系中鋁的熔化,由Ti-Al系反應(yīng)引燃,反應(yīng)以溶解-析出的機(jī)制進(jìn)行,而后引發(fā)Ti-C系發(fā)生反應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，對Ti-Al系合金的自蔓延反應(yīng)合成及其與C/C復(fù)合材料的自蔓延反應(yīng)原位連接進(jìn)行了研究,在Ti-Al-C中間層與C/C復(fù)合材料的連接接頭界面處出現(xiàn)了元素互擴(kuò)散的現(xiàn)象。
　　基于自蔓延反應(yīng)原位連接的結(jié)果及焊接性分析,采用Ti-Al-C中間層配合Ag-Cu-Ti釬料箔實(shí)現(xiàn)了C/C復(fù)合材料與

4、TiAl的自蔓延反應(yīng)間接連接。在低于釬料熔點(diǎn)條件下,中間層發(fā)生自蔓延反應(yīng)產(chǎn)熱可以使釬料發(fā)生熔化,液態(tài)釬料在C/C復(fù)合材料表面潤濕、鋪展并浸透整個中間層。接頭界面結(jié)構(gòu)分析表明:在TiAl側(cè)形成TiAl2/TiAl3反應(yīng)層結(jié)構(gòu);接頭中間反應(yīng)區(qū)域是由中間層合成產(chǎn)物與液態(tài)釬料相互作用形成的,包括以Ti核為中心的環(huán)形結(jié)構(gòu)、小塊TiAl3相及彌散分布于銀灰色基體內(nèi)的TiC相;在CC側(cè)形成了TiC反應(yīng)產(chǎn)物。
　　中間層的厚度、成分對接頭的界面結(jié)