TC4钛合金与Si3N4陶瓷钎焊连接和激光连接的研究

摘要

金属和陶瓷的连接问题已经成为当今材料领域研究的热点之一。TC4合金由于其优异的综合性能,广泛地应用于航空航天领域。Si3N4陶瓷凭借其优异的高温性能近来成为陶瓷结构材料的研究热点。实现TC4合金和Si3N4陶瓷的连接,既能充分利用陶瓷材料的高温性能,还能使金属优异的加工性能得到充分发挥,从而实现二者性能上的互补,具有很大的实际应用价值。
　　为了实现TC4合金和Si3N4陶瓷的连接,需要解决的主要问题是:对Si3N4陶瓷润湿及连接界面残余应力的降低,甚至消除。本文选择塑性优异、热膨胀系数高的银-铜-钛钎料作为中间层,采用钎焊的方法成功实现TC4合金和Si3N4陶瓷的连接。使用扫描电镜观察焊接接头的形貌及结构,通过能谱分析、X射线衍射仪、四点弯曲强度等一系列的分析测试手段,确定连接接头的成分、组织和结构,并对连接机理进行初步探讨,确定焊接接头的最佳工艺。同时,探究了激光焊接连接TC4合金和Si3N4陶瓷的可行性,主要研究了激光功率、激光扫描速度、试样结合方式、中间层等因素对上述两种材料连接的影响。
　　研究结果表明,使用银-铜-钛钎料钎焊连接TC4合金和Si3N4陶瓷,保温温度和保温时间对焊接接头的影响比较大。通过改变温度和时间参数来控制连接接头的形貌和强度。钎焊温度为850℃,保温时间为15min的工艺条件下,可以得到接头的最高四点弯曲强度33.7MPa。钎焊能够成功连接的原因是钎料中的钛作为活性元素,能够润湿Si3N4陶瓷的表面,并与Si3N4陶瓷发生反应生成反应层,从而实现二者的连接。在四点弯曲测试中发现,焊接接头断口位置靠近Si3N4陶瓷侧。在现有的试验条件下,采用激光焊接的方法不能够有效地实现TC4合金和Si3N4陶瓷的连接。

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第一章 绪 论

1.1引 言

1.2金属和陶瓷连接的关键问题

1.3金属和陶瓷连接工艺的发展

1.4金属和陶瓷的连接方法

1.5活性钎焊的一般原理

1.6激光焊接的原理

1.7金属与Si3N4陶瓷的钎焊的研究现状

1.8 TC4合金的激光焊接的研究现状

1.9本文的研究目的、意义及内容

第二章 TC4合金和Si3N4陶瓷钎焊连接的研究

2.1引言

2.2试验材料

2.3试验设备

2.4试验测试分析方法

2.5钎焊连接的试验制备方法

2.6钎焊试验的工艺参数的选取

2.7结果与讨论

2.8本章小结

第三章 激光焊接连接TC4合金与Si3N4陶瓷

3.1引言

3.2试验材料和设备

3.3试验分析方法

3.4试验过程

3.5试验结果与讨论

3.6本章小结

第四章 全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢