基于微观结构模拟机器学习的SPS纳米钨粉烧结体热导率优化研究

本文创新性地采用Cu-Ti-Si钎料实现SiC陶瓷与MA956 ODS钢的真空钎焊，通过调控Si含量（5wt%）显著抑制SiC高温分解（1020℃时分解层厚度降低至25.2μm），获得典型界面结构SiC/Cu6.69Si+石墨/TiC/Ti5Si3/TiCuSi复合相。研究证实Si元素通过降低钎料熔点（1037.4℃→960℃）和热膨胀系数（CTE=2.36×10-6 K-1），使接头剪切强度提升54.8%达65MPa，为核反应堆结构材料应用提供新方案。

　　

Highlight

Si含量对Cu-Ti-Si钎料微观结构和性能的影响

图2展示了SiC/Cu-5Ti/MA956 ODS钢钎焊接头在1000℃/10min条件下的界面形貌。未添加Si的Cu-5Ti钎料（熔点1037.4℃）在1100℃时与SiC基体发生剧烈界面反应，形成25.2μm厚的SiC分解层。过高的钎焊温度会加速Cu诱导的SiC陶瓷分解，产生脆性Cu-Si化合物和低强度石墨相。

讨论

为阐明Cu-Ti-5Si钎焊接头形成机制，图12展示了接头形成过程示意图：

1. 液相形成阶段：当钎料达到熔点时开始熔化，液态Cu-Ti-5Si与SiC和MA956基体发生反应；

2. 等温凝固阶段：Ti元素优先与SiC反应生成TiC阻挡层，同时Si元素通过形成Ti₅Si₃相抑制SiC分解；

3. 冷却强化阶段：TiCuSi金属间化合物与Cu固溶体(Cu(s,s))共同构成韧性过渡层，缓解CTE失配应力。

结论

1. 典型接头界面构型为：SiC/Cu_6.69Si+石墨/TiC/Ti₅Si₃/TiCuSi+Cu(s,s)多层结构；

2. Cu-Ti-5Si钎料使SiC分解仅在1020℃时出现连续层状产物，保温时间对分解程度影响可忽略；

3. 钎缝宽度随温度/时间增加而减小，960℃/10min工艺下获得65MPa峰值剪切强度。