表面金属热渗辅助钎焊C/SiC-Nb接头界面增强机制

作者：霸金; 亓钧雷; 李航; 曹健; 冯吉才^*

来源：科学通报, 2021, 66(01): 118-127.

• 复合材料
• 钎焊
• 热渗
• 残余应力
• 剪切强度

针对碳纤维增强碳化硅复合材料(C/SiC)与Nb金属钎焊接头存在残余应力高导致连接强度下降的难题,借助反应扩散机制对C/SiC复合材料表面进行改性,成功制备了纤维增强热渗区,降低了钎焊接头的残余应力,实现了界面结构强化,获得了高质量钎焊连接接头.本研究选用的热渗金属Ni-Cr-Si合金可在C/SiC复合材料表面充分润湿,为扩散的快速充分进行奠定了基础;之后探究了热渗工艺对热渗深度及界面结构的影响规律,实现了任意深度热渗区的可控制备.用AgCuTi钎料对热渗处理后的C/SiC复合材料与Nb进行了钎焊连接,钎焊接头的典型界面结构可表示为:C/SiC/Cf+Ni2Si+Cr3Ni2Si+Cr23C6/Ag(s,s)+(Cu,Ni)/Nb.本研究从残余应力的调控与界面结构改善所引导的第二相强化等方面,详细阐述了热渗工艺对接头的界面强化机制.热渗区热膨胀系数介于复合材料与钎料之间,形成属性梯度过渡,有效缓解了接头高残余应力.热渗区钎料的连接由Cu、Ni互扩散实现,替代原位脆性化合物反应层;碳纤维与弥散分布碳化物起到的第二相增强作用,有效提高区域断裂强度,裂纹断裂路径也随之延长,接头强度获得进一步提升.在热渗深度为77μm时,接头平均抗剪切强度可提升至115.2 MPa,相比未热渗接头提高了36%.

• 单位
  哈尔滨工业大学; 先进焊接与连接国家重点实验室