摘 要

陶瓷材料具有高熔点、高硬度、耐腐蚀和无塑性等特点，已成为现代能源、冶金、宇航和机械工业部门发展新技术的关键材料之一。与人们的生活和国家经济休戚相干。但是，陶瓷材料塑性、韧性差，难以制作大而复杂的结构；而且冷加工困难，这就导致其实际运用受到了很大限制，只有与金属材料的强韧性结合起来，才能满足现代工程的需要。而镍及其合金有着较高的持久蠕变强度，很高的塑性，不容易氧化，冲压、焊接性能良好。把两者连接起来便能实现将两者的优势互补。因此对他们钎焊的研究有着重要的意义。

本文采用空气活性钎焊法完成氧化锆陶瓷与镍基高温合金的钎焊，并对焊后试样，制作金相试样、做力学性能测试、微观分析等一系列分析测试，确定最佳的保温时间。研究结果如下：

采用了Ag-CuO钎料实现了氧化锆陶瓷与镍基高温合金在空气气氛中的钎焊连接。CuO本来就是氧化物，所以不会受空气中钎焊时氧化的影响。从金相照片中可以看出在10min的保温时间时得到的钎焊接头组织得成分均匀，结合性好。Ag-CuO钎料与氧化锆陶瓷未发生反应，而是通过共格键合结合在一起。与镍基高温合金发生界面反应生成一层较厚的黑色氧化物反应层。随着保温时间的增加，黑色氧化物层会逐渐变厚。从剪切试验得到，在试验条件下，保温10min时得到的接头力学性能最好，强度是达到了61MPa，端口的断裂是从硬而脆的氧化物层开始断裂的，断裂形式是混合断裂。

关键词：氧化锆陶瓷、镍基高温合金、Ag-CuO钎料、空气活性钎焊、接头强度

Abstract

Ceramic materials with high melting point, high hardness, corrosion resistance and no plastic and other characteristics, has become a modern energy, metallurgy, aerospace and machinery industry development of new technologies, one of the key materials. And people's lives and national economy solidarity. However, the ceramic material plasticity, toughness is poor, difficult to make large and complex structure; and cold processing difficulties, which led to its practical application has been very limited, only with the strength of metal materials combined to meet the needs of modern engineering. The nickel and its alloys have a high sustained creep strength, high plasticity, not easy to oxidation, stamping, welding performance is good. The two can be connected to achieve the advantages of the two complement each other. So it is important for their brazing research.

In this paper, the brazing of zirconia ceramic and nickel-based superalloy is completed by air reactive brazing method, and a series of analytical tests such as metallographic test, mechanical property test and microscopic analysis are made to determine the best Holding time. The results are as follows：

Ag-CuO brazing filler metal is used to realize the brazing connection of zirconia ceramic and nickel-based superalloy in air atmosphere. CuO is inherently an oxide, so it is not affected by the oxidation of brazing in air. From the metallographic picture can be seen in the 10min holding time to get the brazed joints are evenly organized, good combination. Ag-CuO brazing filler metal and zirconia ceramics did not react, but through the cohesive bonding together. And the nickel-based superalloy interface reaction to produce a thick layer of black oxide reaction layer. As the holding time increases, the black oxide layer will gradually thicker. From the shear test, under the test conditions, the mechanical properties of the joint were the best when the temperature was 10min, and the strength was 61Mpa. The fracture of the port began to break from the hard and brittle oxide layer. The fracture form was mixed fracture.

Key Words：Zirconia ceramic, nickel-based superalloy, Ag-CuO brazing filler metal, air reactive brazing, joint strength

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2氧化锆陶瓷连接方法及难点 2

1.2.1陶瓷的连接方法介绍 2

1.2.2陶瓷与金属钎焊的主要问题 4

1.3炉中钎焊 5

1.4陶瓷钎焊的国内外研究现状 5

1.5本课题的研究内容 6

第2章 试验材料及过程 7

2.1试验材料及设备 7

2.1.1试验材料 7

2.1.2试验设备 9

2.2试验过程 10

2.2.1焊前准备 10

2.2.2焊接过程 11

2.2.3 金相试样的制备 12

2.2.4力学性能测试 13

2.2.5微观分析 13

第3章结果与分析 15

3.1连接机理分析 15

3.2保温时间对接头组织性能的影响 16

3.2.1保温时间对接头组织结构的影响 16

3.2.2保温时间对接头强度的影响 17

3.2.3断裂机理分析 18

第4章结论与展望 20

4.1结论 20

4.2展望 20

参考文献 21

致谢 22

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

中国的英文译名China同时也表示陶瓷的意思。由此可见陶瓷作为我国的一张“名片”，在我国很早就开始使用，并且有着一定程度的开发。瓷器也是我国古代灿烂文明成就之一。

陶瓷在古代主要只是用于制作各种器皿、或作为建筑材料使用。比如各种瓷器，瓦片，这些现在都有使用的价值。而随着科技的发展，对陶瓷材料更加深入的研究，现代陶瓷不再只是局限于这个范畴。现代陶瓷材料通常是指利用先进的制粉与烧结技术将各种金属或类金属与氧、氮、碳等人工合成的无机化合物材料。陶瓷晶体的结合键主要是离子键和共价键，一般是以两种键相互混合存在。因为离子键和共价键是强键，因而陶瓷具有熔点高、耐腐蚀、硬度高、和无塑性等特点。现代陶瓷材料正是由于具有这些特征，已成为现代能源、冶金、航空航天和机械工业部门发展新技术的关键材料之一。与人们的生活和国家经济休戚相干。但是，陶瓷材料塑性、韧性差，难以制作大而复杂的结构；而且冷加工困难，这就导致其实际运用在很多方面都需要慎重考虑，而当它与金属材料的强韧性结合起来的时候，就能满足现代工程的需要。另外，在电真空器件中，因为金属的导电性需要和作为绝缘件的陶瓷进行密封连接。而镍及其合金有着较高的持久蠕变强度，很高的塑性，不容易氧化，冲压、焊接性能良好。在航空航天等领域都有着非常广泛的应用。把两者连接起来便能实现将两者的优势互补。因此对他们钎焊的研究是十分有必要，的也是十分有意义的^[1]。