原位自生反应复合钎焊连接陶瓷/金属的方法及机理研究

本项目针对传统活性钎焊技术由于陶瓷与金属之间物化性能的差异而导致连接时高残余应力与低强度问题，拟将原位自生反应合成陶瓷增强相的思想应用到陶瓷/金属钎焊接头的复合化设计之中，通过对原位自生反应过程、反应产物种类、数量、形貌以及分布的有效控制实现对接头微观组织结构、热物理性能以及力学性能的原位调控与优化，力图克服陶瓷/金属连接时接头的高应力与低强度问题。通过对钎焊过程中原位自生TiB晶须反应机制、生长动力学以及界面形成机理的研究建立原位自生反应活性钎料配比、反应温度、时间等宏观物理参量与接头微观组织结构及热力性能的内在联系。通过对陶瓷/金属接头应力分布、组织结构的有限元数值模拟结果，结合实验结果建立陶瓷/金属接头原位复合化设计模型，并阐述其应力控制及强化机理，为陶瓷、金属异种材料连接开拓新思路和奠定理论基础。

本项目针对传统活性钎焊技术由于陶瓷与金属之间物化性能的差异而导致连接时高残余应力与低强度问题，将原位自生反应合成陶瓷增强相的思想应用到陶瓷/金属钎焊接头的复合化设计之中。通过对原位自生反应产物形貌以及分布的有效控制实现对接头微观组织结构、热物理性能以及力学性能的原位调控与优化，克服陶瓷/金属连接时接头的高应力与低强度问题。 . 项目以AgCuTi+B、CuTi+TiB2活性钎料体系为基础，以典型的Al2O3陶瓷和TC4合金为连接母材。通过在活性钎料中添加B源(B或者TiB2)，在钎焊连接的过程中，在陶瓷与金属连接接头形成弥散分布的TiB陶瓷晶须。利用TiB晶须大长径比、强度高、耐热性优良等特点对陶瓷与金属连接接头界面的微观组织和热物理性能进行原位设计，从而提高接头强度。项目阐明了原位自生TiB晶须复合活性钎料的组织结构特点以及界面结合机理，弄清了原位自生TiB晶须在活性钎料中的形核与生长机制，建立了TiB晶须生长的动力学模型。并通过有限元数值模拟的方法对接头的应力分布进行设计，阐明了陶瓷/金属接头的应力控制机制和设计原则。与此同时研究并阐述了连接温度、保温时间等因素对接头室温及高温力学性能、反应界面层以及接头微观组织结构演变的影响规律，揭示了原位自生反应复合活性钎焊连接陶瓷和金属接头的强化机制，为陶瓷、金属异种材料连接开拓了新思路和奠定了理论基础。本项目主要研究成果的科学意义在于： (1)开发出了具有自主知识产权的可以缓解接头应力，提高接头强度的陶瓷/金属钎焊新方法。 (2)弄清了原位自生TiB晶须在活性钎料中的形核与生长机制并阐明了原位形成TiB晶须的控制因素以及对钎缝成型以及钎料润湿性的影响规律。(3)揭示了原位TiB晶须对陶瓷/金属接头应力的缓解机制及接头强化原理，从理论上以及模拟的角度确定接头微观组织构成与应力分布的内在联系，这为陶瓷/金属接头界面的复合化设计、应力缓解的有效性提供了科学支撑，为实际工程应用中，接头应力缓解和获得高可靠性接头提供了理论支持。