使用功能梯度钎料连接氮化硅与耐热钢的机理研究

氮化硅陶瓷是一种常用的结构陶瓷，研究该类陶瓷的连接具有重要的理论意义和实用价值。本研究通过向Ag-Cu-Ti钎料中添加一定体积分数的低热膨胀系数金属或陶瓷颗粒（SiC、Mo、WC和TiN）构成复合钎料，以降低钎料的热膨胀系数，达到降低接头内部的残余应力水平，提高接头的性能的目的。研究发现，无论向Ag-Ci-Ti钎料中添加上述何种颗粒，均提高了接头的力学性能。DIC研究表明，添加颗粒后引起接头内宏观残余应力水平的降低；钎料层内发生早期的塑性变形导致微观残余应力水平的下降；颗粒的增强效应共同作用，是接头的性能提高的原因。.　　当采用Ag-Cu-Ti+SiCp复合钎料连接Si3N4陶瓷时，当钎料成分为(Ag72Cu28)92Ti8+5vol.%SiCp，在900℃保温10min条件下，接头达到最高三点弯曲强度506.3MPa。钎缝内Ti与SiCp的反应逐步进行，先生成Ti3SiC2和Ti5Si3；当SiCp完全分解后，Ti3SiC2继续与Ti反应生成TiC和Ti5Si3。　　. 使用Ag-Cu-Ti+Mo复合钎料连接Si3N4陶瓷时，Ag基和Cu基固溶体组织构成钎缝的主体组织，在两类固溶体上弥散分布着Mo颗粒及Ti-Cu金属间化合物。采用Ag-Cu-Ti+Mo复合钎料连接Si3N4陶瓷和42CrMo钢，发现当钎料内Mo含量为10vol.%，Ti含量为4wt.%时，得到了最高的接头连接强度587.3MPa，是采用合金钎料连接接头性能的5.1倍。.采用Ag-Cu-Ti+TiNp复合钎料钎焊Si3N4陶瓷和42CrMo钢，接头的四点弯曲强度随复合钎料中TiNp体积分数的增加先增加后降低。使用(Ag72Cu28)96Ti4 +5vol.%TiNp钎料，在900℃保温5min时，接头的四点弯曲强度达到最高值376.11MPa，较未添加TiNp的钎焊接头性能提升了近一倍(187.98MPa)。