玻璃钎料连接碳化硅陶瓷的工艺及机理研究

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1、硕士学位论文玻璃钎料连接碳化硅陶瓷的工艺及机理研究RESEARCHONPROCESSANDMECHANISMOFJOININGSICCERAMICSBYGLASS于凯凯哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG454学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文玻璃钎料连接碳化硅陶瓷的工艺及机理研究硕士研究生：于凯凯导师：林铁松副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:

2、TG454U.D.C:621.791DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONPROCESSANDMECHANISMOFJOININGSICCERAMICSBYGLASSCandidate：YuKaikaiSupervisor：AssociateProf.LinTiesongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialProcessingEngineeringAffi

3、liation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文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

4、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-SiC）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（Tf=340°C）在RB-SiC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

5、间正相关，PbTiO3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（Tf=480°C）在RB-SiC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

6、、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（Tf=570

7、°C）进行试验，T=850°C时其在RB-SiC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KAlSiO4，可以阻碍裂纹扩展，但T<800°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。关键词：RB-SiC；复合玻璃钎料；微观组织；压剪强度-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractLightweightsiliconcarbidespacemirror,a

8、sakeycomponentofprecisionspaceopticalsystem,iswidelyusedinremotesensingandspaceobservation.Inordertoimprovetheimagingquality,thediameterofthemirrorneedstobeenlargedbywelding.Butthe