激光3D打印方法制备Nb/SiC体系梯度材料的微观组织及反应机理

采用激光3D打印的方法制备了Nb/SiC体系梯度材料,获得了从纯金属铌逐渐过渡到40%Nb+60%SiC(体积分数)复合层的梯度材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)分析了梯度复合层的微观组织.结果表明,层与层之间结合良好,激光熔敷过程中铌和SiC之间发生了反应,生成了Nb_5Si_3,Nb_2C,NbC和NbSi_2等二元化合物,并且随着SiC含量的逐渐增加,梯度材料内部产物呈现如下变化趋势:Nb+Nb5Si_3+Nb_2C+NbC→Nb_5Si_3+NbSi_2+SiC+NbC→NbSi_2+SiC+NbC.当SiC含量达到30%时,梯度复合层中残留金属铌消失,且开始出现残余的SiC颗粒,随着原始SiC比例的增加,复合层中不仅残余SiC的含量增加,而且粒度也逐渐增大.

ZrC薄膜对Nb与ZrB_2-SiC相互作用的影响

以ZrB2、SiC粉体为原料,通过等离子活化烧结在1800℃,30MPa,保温时间5min条件下制得出组织结构均匀致密度的ZrB2-SiC陶瓷块体;采用磁控溅射在Nb箔表面镀微米级别的ZrC薄膜。然后将Nb箔与ZrB2-SiC叠层进行烧结。利用XRD检测了产物物相,采用SEM和能谱分析观测了断口显微结构和元素分布。结果表明,当Nb箔表面无ZrC薄膜或薄膜被破坏后,产物中基本不存在单质Nb。当Nb箔表面保持有完整ZrC薄膜时,Nb金属相可以大量保留下来。当烧结温度低于1500℃时,ZrC薄膜可以有效阻止铌箔的与ZrB2、SiC的反应。镀有ZrC薄膜的Nb箔做中间层与ZrB2/SiC叠层材料的断裂韧性有明显提高,断裂韧性达到了9.66MPa·m1/2。

(Ti-50Cu)+Nb钎料钎焊Si/SiC复相陶瓷与殷钢

采用真空钎焊方法,以Ti50Cu+Nb钎料连接Si/SiC复相陶瓷与殷钢。采用扫描电镜进行接头显微组织结构分析,并研究了Nb含量对接头力学性能的影响。结果表明:采用Ti50Cu+Nb钎料连接Si/SiC复相陶瓷与殷钢,可获得连接良好、组织致密的接头,Nb含量40%(体积分数)、钎焊温度970℃、保温时间5 min时,接头室温剪切强度达到最大值122.2 MPa。

CoFeCrNiCu高熵钎料钎焊ZrB_(2)-SiC/Nb接头组织及性能研究

采用CoFeCrNiCu高熵合金钎料实现了ZrB_(2)-SiC陶瓷与Nb合金的有效连接。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射(XRD)等方法分析了接头界面的微观组织结构、生成产物及保温时间对界面组织及接头性能的影响,确定了接头的断裂位置和断裂方式。研究结果表明:钎焊接头的典型界面结构为ZrB_(2)-SiC/Cr_(2)B/(Cr,Fe)_(2)B+fcc+Cr_(2)B+Laves+Cu(s,s)/Nb。钎焊过程中,Nb合金向液态钎料中的溶解量以及液态钎料中Cr向ZrB_(2)-SiC陶瓷富集的数量决定了钎焊接头界面组织的形成及其演化。随着保温时间的延长,ZrB_(2)-SiC陶瓷侧的Cr_(2)B反应层增厚,钎缝中Laves相随着Nb合金向液态钎料中的溶解量增加而增加。陶瓷侧界面反应层的厚度及形态和钎缝中Laves相的形态及分布共同决定着接头的抗剪强度。当钎焊温度为1160℃,保温60 min时,接头的抗剪强度最大,达到216 MPa,在600℃的高温下时接头的抗剪强度仍可达到58 MPa。此时接头的断裂形式呈现沿ZrB_(2)-SiC陶瓷基体断裂的模式。