2025-10-10 08:55:10 | 飞卢网
东南大学《J Aust Ceram Soc》Ni-Si-Ti混合物钎焊碳化硅陶瓷的研究概述
东南大学的研究团队在《Journal of the Australian Ceramic Society》期刊上发表了一篇题为“Brazing of silicon carbide ceramics with Ni-Si-Ti powder mixtures”的研究论文,该论文详细探讨了使用Ni-Si-Ti混合粉末钎焊连接碳化硅(SiC)陶瓷的可行性和性能。 飞卢网
一、研究背景
碳化硅陶瓷因其重量轻、机械性能优异(包括高硬度、强度和弹性模量)、低热膨胀和高热导率等特性,成为应用最广泛的结构材料之一。随着先进工业的发展,对尺寸大、形状复杂的SiC零件的需求日益增加。连接技术是实现这一目标的有效途径,其中钎焊因其无需高压、对表面粗糙度要求低、过程简单高效而备受关注。
二、研究目的
本研究旨在评估使用含0~10wt.%Ti的Ni-Si-Ti混合粉末钎焊连接SiC陶瓷的可能性,并探究Ti的添加对钎焊过程和接头性能的影响。
三、试验材料及方法
材料准备 :将镍(1μm)、硅(<10μm)和钛(10μm)粉末在乙醇中球磨24小时,制备出不同成分的混合粉末:Ni-Si(NS),Ni-Si-2wt.%Ti(NST2),Ni-Si-5wt.%Ti(NST5)和Ni-Si-10wt.%Ti(NST10)。同时,将SiC切成20×20×5mm³的尺寸备用。
钎焊过程 :将制备的Ni-Si-Ti混合物与乙醇混合成浆料,涂抹在SiC表面形成夹层结构,干燥后进行钎焊。钎焊在流动的Ar气中进行,参数为1450℃/15min。
性能测试 :通过四点弯曲试验测试接头的抗弯强度。同时,进行差热分析(DTA)和润湿试验以阐明Ni-Si-Ti系统中可能发生的反应和润湿行为。
四、主要试验结果与讨论
差热分析 :图1显示了Ni-Si-Ti混合粉末的差热分析图。可以看出,Ti的加入不仅改变了可能发生的反应的起始温度,特别是液相形成的起始温度,而且改变了反应释放的热量。要获得所有Ni-Si-Ti混合粉末的熔体,温度必须高于1155℃。
润湿行为 :润湿试验结果表明,在1450℃下,所有被测试的Ni-Si-Ti都对SiC表面具有良好的润湿性。这证明了钛在改善润湿性方面的重要作用,并确定了合适的钎焊温度为1450℃。
接头组织 :图2显示了Ni-Si钎焊SiC接头的背散射扫描电镜图像和相应的元素分布图。中间层由灰色相(NiSi)和明亮相(Ni3Si2)组成,且与SiC基体结合良好。然而,中间层中存在少量裂纹,这是由于Ni-Si化合物的热膨胀系数与SiC的热膨胀系数不匹配导致的残余热应力所致。
Ti的添加对接头组织的影响 :随着Ti的加入,层间组织发生变化。图3显示了NST5钎焊SiC接头的典型背散射扫描电镜结果和元素分布。除了明亮的Ni3Si2和灰色NiSi外,还出现了浅灰色的三元合金Ni49Ti14Si37。随着Ti的加入,Ni3Si2和NiSi的数量减少,而三元合金Ni49Ti14Si37的数量增加。此外,还观察到中间层中裂纹数量增加和界面反应形成细小晶粒的现象。
接头性能 :制备的SiC接头的抗弯强度为66~75MPa,这些试样主要沿接头界面断裂。这与接头组织和热应力条件密切相关。
五、结论
本研究成功使用Ni-Si-Ti混合粉末钎焊连接了SiC陶瓷,并发现Ti的添加对改善润湿性和调节接头组织具有显著作用。然而,由于热膨胀系数不匹配导致的残余热应力问题仍需进一步解决以提高接头的性能。未来研究可探索更优化的钎焊参数和合金成分,以及采用先进的热应力缓解技术来进一步提升SiC陶瓷接头的性能。
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