本文關(guān)鍵詞：Cu基釬料連接碳材料與CuCrZr合金的研究

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【摘要】：碳材料與銅合金的連接在面向等離子體部件及新型碳換向器的制備中均有明確的應(yīng)用背景。但是,其連接難點(diǎn)主要在于:第一,銅及大多數(shù)非活性釬料與碳材料的潤(rùn)濕性很差;第二,碳材料與銅合金的物理性能(如熱膨脹系數(shù))差異較大導(dǎo)致接頭降溫后產(chǎn)生殘余熱應(yīng)力。本研究設(shè)計(jì)Cu-TiH_2活性釬料以及向其中添加BN粉組成的復(fù)合焊料連接碳材料與CuCrZr合金,通過(guò)焊料中的Ti改善對(duì)碳材料的潤(rùn)濕性,通過(guò)在釬料中添加BN粉體在連接層中原位形成增強(qiáng)相來(lái)提高接頭性能并緩解殘余應(yīng)力。采用Cu-50TiH_2釬料連接高強(qiáng)石墨與CuCrZr合金時(shí),在950℃時(shí)接頭剪切強(qiáng)度最高,為15.7 MPa,斷裂位于靠近焊縫區(qū)域的石墨側(cè)。采用Cu-22TiH_2釬料時(shí),在900℃時(shí)接頭剪切強(qiáng)度可達(dá)20.2 MPa,斷口為混合型。微觀分析表明,采用Cu-TiH_2釬料連接石墨和CuCrZr合金時(shí),接頭界面結(jié)合良好。連接層主要由Cu基固溶體和Ti-Cu金屬間化合物等組成。液態(tài)釬料中的Ti原子與石墨母材發(fā)生界面反應(yīng)生成厚度約為1-2μm的TiC層。由于C和Ti原子在TiC層中的擴(kuò)散速率較小,TiC反應(yīng)層的形成阻礙了石墨母材中的C原子與液態(tài)釬料中Ti原子的互擴(kuò)散和反應(yīng)。采用在Cu-50TiH_2釬料中添加2 wt.%的BN粉體作為復(fù)合焊料連接石墨與CuCrZr合金時(shí),當(dāng)連接溫度為950℃時(shí),接頭平均剪切強(qiáng)度為17.4 MPa,高于采用Cu-50TiH_2釬料連接的接頭強(qiáng)度。接頭界面結(jié)合良好,復(fù)合焊料中Ti與BN反應(yīng)形成TiN顆粒并釋放出B原子。隨后,B原子與液態(tài)焊料中的Ti原子反應(yīng)形成TiB晶須。連接層主要由Cu基固溶體、Ti-Cu金屬間化合物以及原位反應(yīng)生成的TiB晶須和TiN顆粒等組成。TiB晶須和TiN顆粒作為增強(qiáng)相彌散分布在連接層中,對(duì)石墨/CuCrZr接頭起到了復(fù)合的增強(qiáng)作用,有利于接頭性能的提高。另外,連接層中TiB晶須和TiN顆粒的熱膨脹系數(shù)較小,可以減少石墨母材與連接層之間熱膨脹系數(shù)差異,從而緩解接頭殘余熱應(yīng)力。采用Cu-50TiH_2+2 wt.%BN復(fù)合焊料連接高強(qiáng)碳/碳復(fù)合材料(CFC)與CuCrZr,接頭的界面組織結(jié)構(gòu)為:CFC/TiC反應(yīng)層/Cu基固溶體+Ti_2Cu金屬間化合物+TiB晶須+TiN顆粒/CuCrZr合金。由于CFC的熱膨脹系數(shù)較小,導(dǎo)致接頭中的殘余熱應(yīng)力較大,造成接頭強(qiáng)度較低。
【關(guān)鍵詞】：碳材料 銅合金 連接 原位反應(yīng) 增強(qiáng)相
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG454
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 選題背景和研究意義12-15
• 1.1.1 聚變堆中碳材料/銅的連接12-14
• 1.1.2 換向器中石墨/銅的連接14-15
• 1.2 碳材料/金屬連接的難點(diǎn)15
• 1.3 碳材料/金屬連接方法及研究現(xiàn)狀15-20
• 1.3.1 粘接16-17
• 1.3.2 機(jī)械連接17
• 1.3.3 擴(kuò)散連接17-18
• 1.3.4 釬焊18-20
• 1.4 陶瓷/金屬接頭中的殘余熱應(yīng)力20-24
• 1.4.1 陶瓷/金屬接頭殘余熱應(yīng)力的產(chǎn)生20-21
• 1.4.2 緩解陶瓷/金屬接頭殘余熱應(yīng)力的方法21-24
• 1.5 本課題的研究?jī)?nèi)容24-26
• 第2章 試驗(yàn)方法26-38
• 2.1 試驗(yàn)材料26-30
• 2.1.1 連接母材26-27
• 2.1.2 焊料27-30
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)備與工藝30-34
• 2.3 性能測(cè)試、差熱分析及界面微觀分析34-38
• 2.3.1 接頭剪切強(qiáng)度測(cè)試34-35
• 2.3.2 差熱分析及界面微觀分析35-38
• 第3章 采用Cu-TiH_2釬料真空釬焊石墨/CuCrZr合金38-58
• 3.1 釬料成分的確定38-40
• 3.2 連接溫度對(duì)接頭剪切強(qiáng)度的影響40-43
• 3.3 接頭界面微觀分析43-51
• 3.3.1 采用Cu-50TiH_2連接石墨與CuCrZr接頭界面的微觀分析43-47
• 3.3.2 采用Cu-22TiH_2連接石墨/CuCrZr接頭界面的微觀分析47-51
• 3.4 采用Cu-TiH_2釬料連接石墨與CuCrZr接頭的界面演變過(guò)程51-56
• 3.5 本章小結(jié)56-58
• 第4章 采用Cu-50TiH_2+BN復(fù)合焊料真空釬焊碳材料與CuCrZr合金58-80
• 4.1 Cu-50TiH_2+BN復(fù)合焊料連接石墨/CuCrZr接頭58-66
• 4.2 采用Cu-50TiH_2+2 wt.%BN復(fù)合焊料真空釬焊石墨與CuCrZr接頭界面生長(zhǎng)模型和機(jī)理分析66-74
• 4.3 采用Cu-50TiH_2+2 wt.%BN復(fù)合焊料真空釬焊碳/碳復(fù)合材料與CuCrZr接頭的微觀分析74-78
• 4.4 本章小結(jié)78-80
• 第5章 結(jié)論與展望80-82
• 5.1 結(jié)論80-81
• 5.2 展望81-82
• 參考文獻(xiàn)82-90
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文90-92
• 致謝92

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1 余思;Cu基釬料連接碳材料與CuCrZr合金的研究[D];武漢工程大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：863352