【摘要】：轻质碳化硅空间反射镜作为精密空间光学系统的关键部件,在遥感和空间观测领域应用广泛,使用中为提高成像质量需要通过拼焊扩大反射镜的直径,现有拼焊方法存在温度高、工艺复杂、成本高、热错配应力大、易变形等问题,限制了观测精度的提高。本文使用低温和中温两种玻璃钎料,分别通过降低连接温度和控制界面组织两种方式缓释接头残余应力,并利用β-锂霞石的负膨胀特性优化中温玻璃钎料的连接效果。分别在400-520°C和650-850°C的空气氛围中进行反应烧结碳化硅陶瓷(RB-Si C)的连接,研究了钎料的热物理性能、润湿性、接头界面组织演变、力学性能和断裂机制,连接效果满足使用要求。低温铅硼锌玻璃钎料(T_f=340°C)在RB-Si C上润湿性良好,500°C时的润湿角为33°,可在400-520°C的范围内进行连接。钎焊界面通过元素扩散结合,扩散程度与钎焊温度和保温时间正相关,Pb Ti O_3晶体在焊缝中稳定存在并起到支撑、强化的作用。界面扩散程度和气孔缺陷是影响接头力学性能的主要因素,接头压剪强度在T=460°C,t=120min时为16.3MPa,得到钎料处断裂的层状脆性断口。中温硼硅玻璃钎料(T_f=480°C)在RB-Si C上润湿性良好,800°C时的润湿角为20°,可在650-850°C的范围内进行连接。界面处除元素扩散外,由于玻璃分相形成Cu元素聚集的富硼相,分相程度与钎焊温度负相关、与保温时间正相关;接头中部有钛酸盐晶体析出,析晶程度与钎焊温度和保温时间正相关。应力裂纹、界面结合强度和气孔缺陷是影响接头力学性能的主要因素,界面分相产物和玻璃析晶相可以在一定程度上缓解接头的残余应力,从而提高强度。接头压剪强度在T=750°C,t=60min时为16.7MPa,得到钎料处断裂的螺旋层状断口。针对中温玻璃钎料连接过程中的应力裂纹问题,在T=1300°C,t=2h条件下烧制β-锂霞石对其进行优化设计,发现β-锂霞石的掺入在降低热膨胀系数的同时会提高复合玻璃钎料的黏度和软化点,且β-锂霞石的掺入量与受影响量的变化速率成正比。综合选定β-锂霞石掺入量为15wt.%的复合玻璃钎料(T_f=570°C)进行试验,T=850°C时其在RB-Si C表面的润湿角为20°,可以在750-850°C的范围内进行连接,连接过程中β-锂霞石转变为负膨胀性较弱的KAl Si O_4,可以阻碍裂纹扩展,但T800°C时接头中由于黏度原因产生气孔缺陷。接头压剪强度在T=850°C,t=10min时为10.9MPa,较优化设计前(5.2MPa)提升明显。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ174.6
【图文】：
三角形、扇形混合轻量化结构
几种反射镜材料的性能比较
SiC陶瓷的强四面体结构
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 霍艳丽;刘海林;胡传奇;黄小婷;贾志辉;梁海龙;王春朋;唐婕;陈玉峰;;RB-SiC材料表面改性技术研究[J];稀有金属材料与工程;2015年S1期
2 卢希龙;赵秀娟;曹春娥;洪琛;沈华荣;梁翠玲;;β-锂霞石低膨胀陶瓷粉体的固相合成[J];人工晶体学报;2015年11期
3 刘立飞;张飞虎;刘民慧;;碳化硅陶瓷的超声振动辅助磨削[J];光学精密工程;2015年08期
4 黄健;刘岩;刘学建;黄政仁;马臻;;拼焊式SiC反射镜热变形分析[J];光学技术;2015年04期
5 冯广杰;李卓然;朱洪羽;徐慨;;SiC陶瓷真空钎焊接头显微组织和性能[J];材料工程;2015年01期
6 石红信;陈艳平;郭兴东;赵培峰;;碳化硅陶瓷电阻钎焊界面微观结构[J];电焊机;2014年09期
7 赵汝成;包建勋;;大口径轻质SiC反射镜的研究与应用[J];中国光学;2014年04期
8 韩绍华;;微波助燃Ni-Al高温自蔓延连接CVD SiC[J];硅酸盐通报;2014年07期
9 陈洪达;陈永和;史婷婷;刘晓华;傅雨田;;空间反射镜的轻量化及支撑设计研究[J];红外与激光工程;2014年02期
10 刘韬;周一鸣;江月松;;国外空间反射镜材料及应用分析[J];航天返回与遥感;2013年05期
相关会议论文 前1条
1 林国标;黄继华;毛建英;李海刚;;SiC陶瓷连接的研究进展[A];第十一次全国焊接会议论文集（第1册）[C];2005年
相关硕士学位论文 前2条
1 高明星;空间大口径光学主镜展开机构设计[D];哈尔滨工业大学;2016年
2 刘贵铭;低熔微晶玻璃钎料钎焊高体分SiC_p/6063Al复合材料工艺及机理研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
本文编号：
2805193
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/2805193.html
