SiO2f-SiO2復合材料與Invar合金的釬焊接頭界面結構及形成機理.pdf

1、SiO2f/SiO2復合材料(Quartz fibers reinforced silica composite，簡稱SiO2f/SiO2，限本文使用)具有良好的透波性能和耐高溫燒蝕性能，已在航天工業(yè)領域逐漸得到應用。目前，該材料是以膠接的方法和Invar合金實現(xiàn)連接。然而，在工程應用中，膠接接頭較低的耐熱性能和老化問題已成為制約其發(fā)展的技術瓶頸。
　　因此，本課題將實現(xiàn) SiO2f/SiO2與Invar合金的高性能連接作為研究目

2、標，以獲得可靠的連接接頭。文中提出了一種環(huán)氧樹脂作用下的釬焊連接方法(Epoxy resin assisted brazing，簡稱ERAB，限本文使用)，即通過環(huán)氧樹脂的粘附力改善材料的界面特性，并在釬焊過程中實現(xiàn)接頭的冶金反應連接。本文深入研究了SiO2f/SiO2與Invar的ERAB接頭界面組織結構及形成機理，揭示了接頭形成過程中界面的動力學行為。
　　采用ERAB方法對SiO2f/SiO2和Invar合金進行連接試驗，通

3、過界面組織觀察及物相分析，確定了接頭的典型界面結構為：SiO2f/SiO2復合材料/TiO+Si+Cu(s,s)+Ag(s,s)+TiC/Cu(s,s)+Ag(s,s)+Fe2Ti/Invar。在釬焊溫度為850℃、保溫時間為15min條件時，SiO2f/SiO2與Invar接頭的抗剪強度達到最高值44MPa(約為 SiO2f/SiO2母材強度的4倍)，這主要是由于鋪展?jié)櫇竦拟F料對界面處的SiO2f/SiO2起到了金屬化增強的作用，此時

4、接頭斷裂在SiO2f/SiO2未被釬料包覆增強的母材上。研究表明：此 ERAB方法可實現(xiàn) Al2O3陶瓷或Cf/SiC復合材料與Invar合金的可靠連接。
　　不同參數(shù)條件下的連接工藝試驗結果表明，SiO2f/SiO2與Invar的ERAB接頭界面中的物相種類基本保持不變，Cu(s,s)的形態(tài)及分布、Fe2Ti化合物的數(shù)量及分布、SiO2f/SiO2側TiOx+Si界面反應層的厚度受到釬焊工藝參數(shù)的影響較大。釬焊溫度的升高或保溫時

5、間的延長，都會促進 Fe2Ti化合物相的增多和TiOx+Si反應層的增厚，彌散分布的Fe2Ti相逐漸聚集并在界面中心到 Invar的區(qū)域內呈現(xiàn)鏈狀分布；Cu(s,s)先隨釬焊溫度的升高或保溫時間的延長逐漸向細小條狀轉變，但釬焊溫度過高(950)℃或保溫時間過長(35min)，Cu(s,s)呈大塊狀分布。
　　通過界面組織觀察和熱力學分析，揭示了SiO2f/SiO2與Invar接頭的界面形成過程，即：界面粘接、活性中間層的熱解后界面

6、處的物理接觸及TiH2的誘導熱解，TiH2的熱解及高純Ti在界面的初步反應，釬料的熔化、SiO2f/SiO2側反應層開始形成(TiOx化合物)、Invar側發(fā)生原子擴散反應，SiO2f/SiO2側反應層厚度增加、擴散到界面中心區(qū)的Fe原子與Ti發(fā)生反應，固溶體組織開始形成、SiO2f/SiO2側的界面反應結束、Invar側的擴散反應停止，焊縫中心區(qū)固溶體、金屬間化合物的凝固及接頭的最終形成。通過活性中間層熱解動力學和接頭形成過程中反應相