C/C复合材料与Nb钎焊工艺及接头界面优化研究
发布时间：2020-12-08 20:29
C/C复合材料由于其低密度,高温下保持较高的强度,抗烧蚀性能优异和热膨胀系数低等特性,在航空航天领域得以使用。目前这些领域大多以金属或合金材料为主,比如金属Nb。因此考虑C/C复合材料与金属的连接。目前,C/C与金属的连接方法中,钎焊连接研究较为广泛,然而钎焊接头中残余应力的缓解是一个挑战,因此本文拟采用C/C复合材料表面处理的方法辅助钎焊过程,以降低接头中的残余应力,提升连接性能。本文采用预氧化及化学气相沉积（CVD）原位生长碳纳米管（CNT）的方式,辅助AgCuTi钎料连接C/C复合材料与金属Nb。通过扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和万能试验机探究了C/C表面状态及其对润湿性和连接接头的影响,结果表明预氧化在C/C表面形成了围绕碳纤维的深度可控的环形间隙,CVD处理在C/C表面及间隙合成了多壁CNTs。试验发现,液态钎料在原始C/C表面铺展10min润湿角为25°,预氧化后润湿性变差,为31°,而生长CNTs后润湿性提升明显,为9°。表面处理后钎焊接头界面结构得到优化,C/C侧界面由平直变为浸渗界面,且在界面附近形成了细小TiC颗粒的...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
C/C复合材料喷管然而，C/C复合材料制造困难、价格高昂，且不易变形，难以加工，制约了
1.2.1 C/C 复合材料的扩散连接扩散连接是在较高的温度，施加或不施加压力的条件下，通过原子扩散以及化学反应，实现两种或同种材料的连接。根据被连接的两个材料的性质不同，材料之间可以选择添加或者不添加中间层。对于 C/C 复合材料自身扩散焊接，通常采用添加中间层的手段来完成，对于 C/C 复合材料与金属材料的扩散焊接，既可以选择添加中间层也可以不添加中加层来完成。C/C 复合材料自身扩散连接早期获得较多的研究。M. Salvo 等人[13]通过采用Si、Al 和 Ti 作为中间层，分别在 1693K 保温 90min、1273K 保温 45min 和 1693K保温 45min 和 90min 无压力的条件下，对 C/C 复合材料自身进行扩散连接。分析发现，三种中间层与 C/C 复合材料的界面处形成了金属碳化物层，这是实现连接的关键。然而观察发现，在 C/C-Si-C/C 焊缝中存在裂纹，而在 C/C-Ti-C/C 焊缝中存在大量孔洞，如图 1-2 所示，因此焊后接头强度不理想，尽管后续的C/C-Al-C/C 焊缝中不存在明显的缺陷，但其抗剪强度仅为 10MPa。(a)(b)
4C 含量对不同连接温度下 C/C 复合材料胶接接头的4 室温剪切强度随粘接剂中 SiC 晶须(a)和 CNT(b)含量材料的钎焊母材不熔，而钎料熔化，通过熔化的钎料在母生相互作用，包括母材向钎缝的溶解或扩散方法。陶瓷或复合材料等非金属自身或者与金(b)
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiO2f/SiO2复合材料与金属铌环形钎焊接头的残余应力数值模拟[J]. 郭绍庆,吴世彪,熊华平,陈波. 焊接学报. 2017(03)
[2]AgCuTi钎焊炭/炭复合材料的组织结构[J]. 杨凌云,易茂中,冉丽萍,葛毅成,彭可. 粉末冶金材料科学与工程. 2015(05)
[3]炭布叠层穿刺C/C复合材料螺栓连接件微观组织和力学性能[J]. 王杰,李克智,郭领军,李贺军,李伟,高全明,李照谦. 固体火箭技术. 2012(02)
[4]航天航空用难熔金属材料的研究进展[J]. 郑欣,白润,王东辉,蔡晓梅,王峰,夏明星,喻吉良. 稀有金属材料与工程. 2011(10)
[5]复合钎料钎焊Al2O3接头剪切应力场的数值模拟[J]. 李雅范,杨建国,姬书得,吴京洧,方洪渊. 焊接学报. 2011(08)
[6]C/C复合材料与镍基高温合金连接接头的力学性能和微观结构[J]. 郭领军,郭琛,李贺军,李克智. 稀有金属材料与工程. 2011(01)
[7]2D-C/C复合材料氧化动力学模型及其氧化机理[J]. 郭伟明,肖汉宁,田荣一安. 复合材料学报. 2007(01)
[8]短切炭纤维/酚醛树脂胶粘剂的配方研究[J]. 刘毅佳,郑亚萍,崔红,刘红林. 固体火箭技术. 2006(06)
[9]短纤维增强金属基复合材料的弹性模量和屈服强度[J]. 江中浩,连建设,董尚利,扬德庄. 复合材料学报. 1999(04)
博士论文
[1]C/C复合材料与TC4钎焊接头组织及性能研究[D]. 秦优琼.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]C/C复合材料表面生长CNTs及与Ti600钎焊工艺及机理研究[D]. 朱泳安.哈尔滨工业大学 2016
[2]C/C复合材料与金属Mo连接[D]. 于奇.中南大学 2012
本文编号：2905642
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
C/C复合材料喷管然而，C/C复合材料制造困难、价格高昂，且不易变形，难以加工，制约了
1.2.1 C/C 复合材料的扩散连接扩散连接是在较高的温度，施加或不施加压力的条件下，通过原子扩散以及化学反应，实现两种或同种材料的连接。根据被连接的两个材料的性质不同，材料之间可以选择添加或者不添加中间层。对于 C/C 复合材料自身扩散焊接，通常采用添加中间层的手段来完成，对于 C/C 复合材料与金属材料的扩散焊接，既可以选择添加中间层也可以不添加中加层来完成。C/C 复合材料自身扩散连接早期获得较多的研究。M. Salvo 等人[13]通过采用Si、Al 和 Ti 作为中间层，分别在 1693K 保温 90min、1273K 保温 45min 和 1693K保温 45min 和 90min 无压力的条件下，对 C/C 复合材料自身进行扩散连接。分析发现，三种中间层与 C/C 复合材料的界面处形成了金属碳化物层，这是实现连接的关键。然而观察发现，在 C/C-Si-C/C 焊缝中存在裂纹，而在 C/C-Ti-C/C 焊缝中存在大量孔洞，如图 1-2 所示，因此焊后接头强度不理想，尽管后续的C/C-Al-C/C 焊缝中不存在明显的缺陷，但其抗剪强度仅为 10MPa。(a)(b)
4C 含量对不同连接温度下 C/C 复合材料胶接接头的4 室温剪切强度随粘接剂中 SiC 晶须(a)和 CNT(b)含量材料的钎焊母材不熔，而钎料熔化，通过熔化的钎料在母生相互作用，包括母材向钎缝的溶解或扩散方法。陶瓷或复合材料等非金属自身或者与金(b)
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiO2f/SiO2复合材料与金属铌环形钎焊接头的残余应力数值模拟[J]. 郭绍庆,吴世彪,熊华平,陈波. 焊接学报. 2017(03)
[2]AgCuTi钎焊炭/炭复合材料的组织结构[J]. 杨凌云,易茂中,冉丽萍,葛毅成,彭可. 粉末冶金材料科学与工程. 2015(05)
[3]炭布叠层穿刺C/C复合材料螺栓连接件微观组织和力学性能[J]. 王杰,李克智,郭领军,李贺军,李伟,高全明,李照谦. 固体火箭技术. 2012(02)
[4]航天航空用难熔金属材料的研究进展[J]. 郑欣,白润,王东辉,蔡晓梅,王峰,夏明星,喻吉良. 稀有金属材料与工程. 2011(10)
[5]复合钎料钎焊Al2O3接头剪切应力场的数值模拟[J]. 李雅范,杨建国,姬书得,吴京洧,方洪渊. 焊接学报. 2011(08)
[6]C/C复合材料与镍基高温合金连接接头的力学性能和微观结构[J]. 郭领军,郭琛,李贺军,李克智. 稀有金属材料与工程. 2011(01)
[7]2D-C/C复合材料氧化动力学模型及其氧化机理[J]. 郭伟明,肖汉宁,田荣一安. 复合材料学报. 2007(01)
[8]短切炭纤维/酚醛树脂胶粘剂的配方研究[J]. 刘毅佳,郑亚萍,崔红,刘红林. 固体火箭技术. 2006(06)
[9]短纤维增强金属基复合材料的弹性模量和屈服强度[J]. 江中浩,连建设,董尚利,扬德庄. 复合材料学报. 1999(04)
博士论文
[1]C/C复合材料与TC4钎焊接头组织及性能研究[D]. 秦优琼.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]C/C复合材料表面生长CNTs及与Ti600钎焊工艺及机理研究[D]. 朱泳安.哈尔滨工业大学 2016
[2]C/C复合材料与金属Mo连接[D]. 于奇.中南大学 2012
本文编号：2905642
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2905642.html
教材专著
