【摘要】：輕質(zhì)碳化硅空間反射鏡作為精密空間光學(xué)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,在遙感和空間觀測領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,使用中為提高成像質(zhì)量需要通過拼焊擴大反射鏡的直徑,現(xiàn)有拼焊方法存在溫度高、工藝復(fù)雜、成本高、熱錯配應(yīng)力大、易變形等問題,限制了觀測精度的提高。本文使用低溫和中溫兩種玻璃釬料,分別通過降低連接溫度和控制界面組織兩種方式緩釋接頭殘余應(yīng)力,并利用β-鋰霞石的負膨脹特性優(yōu)化中溫玻璃釬料的連接效果。分別在400-520°C和650-850°C的空氣氛圍中進行反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷(RB-Si C)的連接,研究了釬料的熱物理性能、潤濕性、接頭界面組織演變、力學(xué)性能和斷裂機制,連接效果滿足使用要求。低溫鉛硼鋅玻璃釬料(T_f=340°C)在RB-Si C上潤濕性良好,500°C時的潤濕角為33°,可在400-520°C的范圍內(nèi)進行連接。釬焊界面通過元素擴散結(jié)合,擴散程度與釬焊溫度和保溫時間正相關(guān),Pb Ti O_3晶體在焊縫中穩(wěn)定存在并起到支撐、強化的作用。界面擴散程度和氣孔缺陷是影響接頭力學(xué)性能的主要因素,接頭壓剪強度在T=460°C,t=120min時為16.3MPa,得到釬料處斷裂的層狀脆性斷口。中溫硼硅玻璃釬料(T_f=480°C)在RB-Si C上潤濕性良好,800°C時的潤濕角為20°,可在650-850°C的范圍內(nèi)進行連接。界面處除元素擴散外,由于玻璃分相形成Cu元素聚集的富硼相,分相程度與釬焊溫度負相關(guān)、與保溫時間正相關(guān);接頭中部有鈦酸鹽晶體析出,析晶程度與釬焊溫度和保溫時間正相關(guān)。應(yīng)力裂紋、界面結(jié)合強度和氣孔缺陷是影響接頭力學(xué)性能的主要因素,界面分相產(chǎn)物和玻璃析晶相可以在一定程度上緩解接頭的殘余應(yīng)力,從而提高強度。接頭壓剪強度在T=750°C,t=60min時為16.7MPa,得到釬料處斷裂的螺旋層狀斷口。針對中溫玻璃釬料連接過程中的應(yīng)力裂紋問題,在T=1300°C,t=2h條件下燒制β-鋰霞石對其進行優(yōu)化設(shè)計,發(fā)現(xiàn)β-鋰霞石的摻入在降低熱膨脹系數(shù)的同時會提高復(fù)合玻璃釬料的黏度和軟化點,且β-鋰霞石的摻入量與受影響量的變化速率成正比。綜合選定β-鋰霞石摻入量為15wt.%的復(fù)合玻璃釬料(T_f=570°C)進行試驗,T=850°C時其在RB-Si C表面的潤濕角為20°,可以在750-850°C的范圍內(nèi)進行連接,連接過程中β-鋰霞石轉(zhuǎn)變?yōu)樨撆蛎浶暂^弱的KAl Si O_4,可以阻礙裂紋擴展,但T800°C時接頭中由于黏度原因產(chǎn)生氣孔缺陷。接頭壓剪強度在T=850°C,t=10min時為10.9MPa,較優(yōu)化設(shè)計前(5.2MPa)提升明顯。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ174.6
【圖文】：

三角形、扇形混合輕量化結(jié)構(gòu)

幾種反射鏡材料的性能比較

SiC陶瓷的強四面體結(jié)構(gòu)

【參考文獻】

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1 霍艷麗;劉海林;胡傳奇;黃小婷;賈志輝;梁海龍;王春朋;唐婕;陳玉峰;;RB-SiC材料表面改性技術(shù)研究[J];稀有金屬材料與工程;2015年S1期

2 盧希龍;趙秀娟;曹春娥;洪琛;沈華榮;梁翠玲;;β-鋰霞石低膨脹陶瓷粉體的固相合成[J];人工晶體學(xué)報;2015年11期

3 劉立飛;張飛虎;劉民慧;;碳化硅陶瓷的超聲振動輔助磨削[J];光學(xué)精密工程;2015年08期

4 黃健;劉巖;劉學(xué)建;黃政仁;馬臻;;拼焊式SiC反射鏡熱變形分析[J];光學(xué)技術(shù);2015年04期

5 馮廣杰;李卓然;朱洪羽;徐慨;;SiC陶瓷真空釬焊接頭顯微組織和性能[J];材料工程;2015年01期

6 石紅信;陳艷平;郭興東;趙培峰;;碳化硅陶瓷電阻釬焊界面微觀結(jié)構(gòu)[J];電焊機;2014年09期

7 趙汝成;包建勛;;大口徑輕質(zhì)SiC反射鏡的研究與應(yīng)用[J];中國光學(xué);2014年04期

8 韓紹華;;微波助燃Ni-Al高溫自蔓延連接CVD SiC[J];硅酸鹽通報;2014年07期

9 陳洪達;陳永和;史婷婷;劉曉華;傅雨田;;空間反射鏡的輕量化及支撐設(shè)計研究[J];紅外與激光工程;2014年02期

10 劉韜;周一鳴;江月松;;國外空間反射鏡材料及應(yīng)用分析[J];航天返回與遙感;2013年05期

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1 林國標;黃繼華;毛建英;李海剛;;SiC陶瓷連接的研究進展[A];第十一次全國焊接會議論文集（第1冊）[C];2005年

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1 高明星;空間大口徑光學(xué)主鏡展開機構(gòu)設(shè)計[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 劉貴銘;低熔微晶玻璃釬料釬焊高體分SiC_p/6063Al復(fù)合材料工藝及機理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

本文編號：2805193