Cu-Ti-Si钎料抑制SiC陶瓷分解机制及SiC/MA956 ODS钢钎焊接头性能优化研究

本文系统研究了Cu-Ti-Si钎料在SiC陶瓷与MA956氧化物弥散强化(ODS)钢钎焊中的应用。通过设计Cu-Ti-5Si钎料（熔点960℃），显著抑制了高温下SiC分解为Cu6.69Si+石墨的副反应，使接头剪切强度提升54.8%至65 MPa。研究发现1020℃时仅出现薄层分解产物，而保温时间对SiC分解影响微弱。该研究为核反应堆结构材料中陶瓷-金属异质连接提供了低残余应力和高界面完整性的解决方案。

　　

Highlight

Cu-Ti-5Si钎料通过以下创新机制实现性能突破：

1. 硅元素降低钎料熔点至960℃，同时其低热膨胀系数(CTE=2.36×10^-6 K^-1)缓解热应力；

2. 热力学抑制分解反应：Cu(l)+SiC(s)→Cu(Si)(l)+C(s)，使SiC分解层厚度从25.2μm（Cu-5Ti钎料）降至纳米级。

Materials and methods

采用电弧熔炼法制备200μm厚Cu-Ti-Si钎料箔片，在10^-3 Pa真空炉中实现SiC/MA956连接。通过EPMA和XRD解析界面微区成分，发现TiC/Ti₅Si₃多层结构是应力缓冲的关键。

Discussion

钎焊接头形成机制四阶段模型：

1. 液相形成阶段：Cu-Ti-Si共晶熔化；

2. 界面反应阶段：Ti优先与SiC反应生成TiC屏障层；

3. 等温凝固阶段：Ti₅Si₃纳米颗粒弥散强化；

4. 冷却阶段：Cu(s,s)固溶体形成韧性相。

Conclusion

1. 典型界面结构：SiC/Cu_6.69Si+石墨/TiC/Ti₅Si₃/TiCuSi+Cu(s,s)梯度过渡；

2. 1020℃时SiC分解可控，保温时间敏感性低；

3. 钎缝宽度随温度升高呈指数衰减，960℃时强度峰值对应最优界面平衡。