ZrB2-SiC陶瓷扩散连接接头的原位强化及性能研究

摘要

获得高质量陶瓷连接接头的关键在于如何减缓在连接过程中由于陶瓷与填充金属因物理性质不同而产生的残余热应力，提高连接强度。本课题利用ZrB2-SiC基超高温陶瓷自身的特点，并借助电化学辅助的方法，提出一种原位自生TiB晶须实现接头增强的方法，即分别利用ZrB2自身含有的硼源以及中间层引入B源的方法在界面与接头中原位自生TiB晶须，通过调控TiB晶须的分布调节接头中应力的分布。本文对TiB晶须增强接头进行了表征，并利用有限元模拟和力学性能测试对接头性能进行了评估。
　　当采用ZrB2-SiC陶瓷自身作硼源时，在连接界面处生成了垂直于界面分布的TiBv晶须反应层，且厚度随温度的升高而增加，达到临界值后进一步升高温度 TiBv晶须出现溶解，生成(Ti,Zr)B2相，适当调节连接温度与 Ti箔厚度，可生成全TiBv晶须的接头。
　　配制了酸性电泳液，实现了Ti箔表面电泳沉积B粉。当采用多层含硼Ti箔作中间层时，界面的TiBv晶须反应层厚度增加，且在接头中生成了层状分布TiB晶须反应层，长径比较小，少量长径比较大的TiB晶须穿过层状反应层。一定硼含量下反应层出现孔洞，随温度升高孔洞消失，且接头中的硼元素有随延长保温时间向界面两侧扩散的趋势，接头中层状反应层厚度减小。硼含量较少时TiB晶须弥散分布于接头中。
　　当采用多层含硼Ti箔作中间层连接ZrB2-SiC陶瓷与金属Nb时，温度较低时界面组织均 ZS/TiB+(Ti,Zr)2Si+(Ti,Nb)SS/TiB+Nb，当温度升高到1300℃时，接头的界面组织较复杂为 ZS+(Ti,Nb)SS/TiB/β(Ti,Zr,Si)SS+(Ti,Nb)SS/NbB+(Ti,Nb)SS/TiB+Nb(Ti,Nb)B2/NbB+Nb。接头中 TiB晶须弥散分布，含量较少时主要沿Ti的晶界分布，一定程度上随引入B含量的增加而增加，但B含量过多时在接头中出现孔洞导致接头强度下降。
　　通过有限元模拟发现，TiB晶须的生成对接头与界面的应力影响不显著。同时晶须由于提高了界面与接头的强度，在且接头断裂时TiB晶须使得裂纹发生偏转吸收大量能量，接头强度实现提高。ZS/ZS最高抗剪强度为203 MPa，ZS/Nb最高抗剪强度为175 MPa。

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第1章 绪 论

1.1 选题目的和意义

1.2 ZrB2-SiC陶瓷连接技术研究进展

1.3 沉积的原理及应用

1.4 原位TiB晶须增强技术

1.5 国内外文献综述的简析

1.6 本课题的主要研究内容

第2章 试验材料及方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备与工艺

2.3 材料表征及性能测试

第3章 ZrB2-SiC陶瓷扩散连接接头中TiB晶须的原位设计

3.1 引言

3.2 ZrB2-SiC陶瓷自身作硼源的TiB晶须分布设计

3.3 电泳辅助定向引入硼源的TiB晶须分布设计

3.4 本章小结

第4章 ZrB2-SiC陶瓷与金属Nb的扩散连接

4.1 引言

4.2 ZS/Ti(B)/Nb扩散连接接头的典型界面组织

4.3 不同硼含量对接头组织结构的影响

4.4 连接温度对接头组织结构的影响

4.5 其它参数对接头组织结构的影响

4.6 本章小结

第5章 TiB原位增强ZrB2-SiC扩散连接接头的力学性能

5.1 引言

5.2 TiB增强区的细观力学性能分析

5.3 TiB增强ZrB2-SiC扩散连接接头的室温剪切强度

5. 4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所获得的科研成果

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