Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復合材料焊接技術(shù)研究.pdf

1、Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復合材料是一種超硬材料，具有廣闊的應用前景，該陶瓷基復合材料常通過燒結(jié)的方法成型，因此在生產(chǎn)復雜結(jié)構(gòu)零件時常需要通過焊接的方法進行成型，而該陶瓷基復合材料的高脆性特點使得其焊接方法的選擇相對固定。鑒于此，本研究開展了Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基復合材料的真空釬焊和真空瞬間液相擴散焊技術(shù)研究。
　　本研究首先選用了CuTi和CuZr釬料合金，在950℃下實現(xiàn)了該陶瓷基復合材料的釬焊連接。通過光學顯

2、微鏡、掃描電子顯微鏡和X射線衍射分析研究了接頭的結(jié)構(gòu)和形成機理，通過四點彎曲試驗研究了該接頭的力學性能，通過斷口分析和有限元計算，研究了接頭彎曲斷裂機理。實驗結(jié)果表明：利用CuTi釬焊該陶瓷基復合材料時，母材中的Al2O3增強相與Ti反應生成Ti3Al金屬間化合物和Cu3Ti3O化合物，從而實現(xiàn)釬焊連接；利用CuZr釬焊該陶瓷基復合材料時，母材中的Al2O3增強相與Zr原子反應，反應產(chǎn)物為ZrO2和單質(zhì)Al，單質(zhì)Al與Zr化合生成Al9

3、.83Zr0.17，剩余的單質(zhì)Al進一步擴散，與Cu化合反應生成Al4Cu9金屬間化合物；CuTi釬焊接頭的彎曲強度隨釬焊保溫時間的延長呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，當釬焊保溫時間為30 min時，釬焊接頭的四點彎曲強度最高，完全斷于母材，當保溫時間為5 min、15 min和60 min時，接頭均為焊縫起裂，后斷于母材。對于CuZr釬焊接頭，其彎曲強度均在200 MPa以下。接頭斷裂為釬料和Ti(C,N)-Al2O3母材共同斷裂的混合斷裂模

4、式。
　　本研究也采用了Ti/Cu/Ti和Zr/Cu/Zr中間層，在980℃下實現(xiàn)了該陶瓷的瞬間液相擴散焊連接。通過掃描電鏡研究了接頭的結(jié)構(gòu)和形成機理，通過四點彎曲試驗研究了該接頭的力學性能，通過斷口分析，研究了接頭彎曲斷裂機理。對Ti/Cu/Ti擴散焊接頭，Ti在980℃條件下向Cu層中擴散生成CuTi金屬間化合物，由于固溶了一定的Al，進而形成了(Cu,Al)Ti金屬間化合物。對于Zr/Cu/Zr接頭，其形成機理為Zr/Cu之