《CNTs強化複合釺料製備及其釺焊BN/SiO2複合材料與Nb機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由亓鈞雷擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：CNTs強化複合釺料製備及其釺焊BN/SiO2複合材料與Nb機理研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：亓鈞雷
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對BN/SiO2複合材料與Nb複合構件的高質量連線及其高溫使用性問題，提出了一種適合於釺焊高溫套用構件的新型CNTs/TiNi複合釺料的製備方法。擬採用PECVD方法低溫原位在Ni-TiH2基體上製備CNTs/TiNi複合釺料，發揮CNTs的增強作用，提高接頭力學和高溫性能，以滿足複合構件的高溫使用要求。運用細觀力學夾雜理論最佳化複合釺料體系、以實現接頭性質由複合材料到金屬的梯度過渡。本項目以釺焊接頭的界面分析和應力分析為研究切入點，研究界面組織的演化機理及複合材料側反應層成長行為，建立界面反應模型。藉助複合材料理論分析方法，揭示CNTs對釺縫的強化機制。通過接頭應力分析，揭示CNTs對接頭應力的影響，闡明CNTs/TiNi複合釺料對接頭性能的影響機制，保證BN/SiO2複合材料與Nb的高質量連線。本項目旨在提高複合材料與金屬複合構件的高溫使用性，促進複合材料與金屬連線技術的發展。
結題摘要
本項目針對SiO2-BN陶瓷基複合材料與Nb複合構件的高質量連線及其高溫使用性問題，提出了一種適合於釺焊高溫套用構件的新型CNTs/TiNi複合釺料的製備方法。採用PECVD方法低溫原位在TiH2粉末上製備CNTs/TiNi複合釺料，實現了CNTs在複合釺料中均勻分散且結構保持完整。在最佳工藝參數下製備出CNTs/TiNi複合釺料中CNTs的分散均勻、長度及密度適中、純度高、結構完整。研究表明，CNTs的加入對TiNi複合釺料的熔點基本無影響，但卻顯著改善了其在SiO2-BN複合材料表面的潤濕性，降低其線膨脹係數。 分析TiNi和CNTs/TiNi複合釺料釺焊SiO2-BN/Nb接頭界面組織可知，加入少量CNTs後Nb元素在釺縫中的擴散距離更遠，TiNiNb三元共晶分布區域顯著增寬。由於TiNiNb三元共晶具有良好的塑韌性，因此採用CNTs/TiNi複合釺料後，SiO2-BN/Nb接頭抗剪強度顯著提升。當複合釺料中CNTs為1.5vol.%時，接頭室溫抗剪強度可達83MPa，比未添加CNTs時提高了近70%。此外，由於釺縫中存在大量高溫性能優異的Nb元素，而且，CNTs亦具有優異的高溫性能並可在高溫下阻礙晶粒長大，因此採用CNTs/TiNi複合釺料釺焊的接頭在高溫也下表現出優異的力學性能，其在800℃下的抗剪強度為49MPa，高溫強度保留率達到60%，均遠高於採用TiNi釺料釺焊接頭的高溫抗剪強度。 TiNi釺料與CNTs有良好的界面結合，經高溫退火後CNTs仍然保留其管狀結構，TiNi釺料在CNTs表面的分布均勻且連續。Ti元素僅在CNTs外壁破損與其發生反應，生成少量的TiC，有利於改善CNTs與TiNi釺料的潤濕性，提高界面結合強度。由於Ti元素與CNTs有著極強的親和力以及良好的界面潤濕性，複合釺料中CNTs可以提高Ti原子擴散速度的作用，有效改善了TiNi釺料在SiO2-BN陶瓷表面的潤濕性。綜上所述，CNTs/TiNi複合釺料對接頭力學性能的強化作用主要體現線上膨脹係數調節及載荷傳遞方面。在釺焊降溫過程中，CNTs通過調節線膨脹係數使應力峰值變小，有效阻礙了裂紋的產生與擴展，改善接頭性能。而且，CNTs促進了Nb元素的溶解擴散以及在釺縫中的均勻分散，進而協同強化提高接頭的高溫性能，滿足SiO2-BN/Nb複合構件的高溫使用要求。
