本技术涉及一种新型纳米多孔碳涂层SiC晶须增强AgCuTi钎料及其制备方法和应用,属于先进钎焊技术领域。该技术通过纳米多孔碳涂层处理SiC晶须,显著提升钎料性能,适用于多种工业连接需求。
背景技术
AgCuTi钎料是目前应用较为广泛的活性钎料,由于活性元素Ti可以与大多数陶瓷及C/C复合材料反应,达到润湿母材表面的作用,因此,AgCuTi活性钎料被广泛用于金属、陶瓷、C/C复合材料等异种材料之间的钎焊连接。然而AgCuTi钎料与C/C及陶瓷间的热膨胀系数(CTE)差异明显,导致接头处产生高残余热应力。为了进一步消除热应力的影响,近年来,许多相关的研究工作表明,通过添加塑性金属夹层或在钎料中加入低CTE增强相可改善热应力对接头的负面影响,提高其性能。
文献1“In-Situ synthesized TiC nano-flakes reinforced C/C composite-Nbbrazed joint[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2018, 38(4): 1059-1068”利用聚合物碳化工艺获得碳包覆Cu泡沫复合材料中间层,与AgCuTi箔片组装并实现了C/C复合材料和Nb的钎焊。Cu泡沫上包覆的碳层与Ti元素反应,在接头缝中形成均匀分布的原位TiC纳米薄片。然而,目前对碳基增强金属泡沫材料的研究(文献2 A novel in-situforming 3D core-sheath interlayer designed to strengthen Cf
/C composite-Nbjoints during brazing[J]. Materials Characterization, 2024, 208: 113661)表明:由于碳和金属泡沫基体之间的CTE差异较大,导致网络结构的机械性能不稳定,削减了完整网格结构的应变调节能力。另一种较为常用的方法是将微纳尺度的增强相加入钎料中,例如,将微米尺度SiC颗粒加入至AgCuTi钎料中,并研究增强颗粒的体积百分比对钎焊接头组织的影响(文献3 “Joining of C/C composite to TC4 using SiC particle-reinforcedbrazing alloy[J]Materials Characterization, 2010, 61(6): 635-639”)。结果表明,添加SiC颗粒可以降低钎焊合金的热膨胀系数,从而降低C/C-金属接头的残余应力,但大量SiC颗粒(体积百分比~35 vol.%)过量消耗钎料中的Ti元素,团聚并形成气孔等缺陷。通过在AgCuTi钎料中加入石墨烯纳米片(GNPs)构成的钎料对 SiC陶瓷进行钎焊(文献4“Graphene nanoplatelets reinforced AgCuTi composite filler for brazing SiCceramic[J] Journal of the European Ceramic Society, 2019, 39: 696–704.”),Ti与GNPs原位反应合成的TiC颗粒促进了TiCu和Cu(s,s)的非均相成核,但增强相GNPs会与Ti元素大量反应,削弱其增强效果,使其接头的抗剪强度仅达到38 MPa。
微纳尺度增强相(微纳陶瓷颗粒,纳米碳等)被广泛应用于AgCuTi钎料的改性工作,然而,多数增强相在钎焊温度下即可与钎料中的活性Ti元素反应,难以完全发挥其强化作用,Ti元素的过量消耗使其与母材的反应层厚度减小。通过前驱体碳化或包覆碳层的方式可降低增强相与钎料的反应活性,但所形成的环状碳层结构在钎焊后易形成聚集的脆性产物;此外,增强相及碳层的影响范围有限,难以在更大空间抑制钎焊层中大尺寸脆性相的形成。因此,如何在有效避免纳米增强相在钎焊温度下与活性钎料过度反应的基础上,减小焊缝内部大尺寸脆性相分布,是亟待解决的问题。
实现思路