.png)
.png)
Послать статью по эл. почте 
Методы пайки для получения неразъемных соединений керамических композиционных материалов с металлами (Обзорная статья)
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-4-42-52
Аннотация
Проведен анализ использования методов пайки для получения высокотемпературных неразъемных соединений карбидокремниевых керамоматричных композитов (КМК) с металлами. Рассмотрены основные проблемы при соединении КМК с металлами, связанные с плохой смачиваемостью КМК расплавами металлов, существенным различием ТКЛР КМК и металлов и образованием в соединяющем слое веществ с высокой твердостью и хрупкостью. Проведен анализ практического опыта применения методов традиционной и диффузионной пайки для соединения КМК типа Cf/SiC с металлическими сплавами на основе Ni, Nb, Ti, Mо и нержавеющей стали. Рассмотрены наиболее типичные составы припоев и технологические режимы процессов пайки. Показано, что эти технологии позволяют создавать надежные и прочные соединения деталей из КМК и различных металлов.
Об авторах
В. И. КуликРоссия
Кандидат технических наук
Санкт-Петербург
А. С. Нилов
Россия
Кандидат технических наук
Санкт-Петербург
Е. А. Богачев
Россия
Кандидат технических наук
г. Королев Московской области
Н. В. Ларионов
Россия
г. Королев Московской области
Список литературы
1. Hanbook of ceramic composites ; ed. by P. Narottam. ― Bansal. ― Boston, Dordrecht, London : Kluver Academic Publishers, 2005. ― 554 p.
2. Garshin, A. P. Analysis of the status and prospects for the commercial use of fiber-reinforced silicon-carbide ceramics / A. P. Garshin, V. I. Kulik, A. S. Nilov // Refract. Ind. Ceram. ― 2012. ― Vol. 53, № 1. ― P. 62‒70. [Гаршин, А. П. Анализ современного состояния и перспектив коммерческого применения волокнисто-армированной карбидкремниевой керамики / А. П. Гаршин, В. И. Кулик, А. С. Нилов // Новые огнеупоры. ― 2012. ― № 2. ― С. 43‒52.]
3. Zhang, K. Joining of Cf/SiC ceramic matrix composites: A Review / K. Zhang, Lu Zhang, Rujie He [et al.] // Advances in Materials Science and Engineering. ― Vol. 2018. ― 15 p.
4. Mergia, K. Joining of Cf/C and Cf/SiC composites to metals / K. Mergia // Nanocomposites with Unique Properties and Applications in Medicine and Industry : ed. by Dr. John Cuppoletti. InTech, 2011. ― P. 239‒266.
5. Garshin, A. P. Contemporary technology for preparing fiber-reinforced composite materials with a ceramic refractory matrix (review) / A. P. Garshin, V. I. Kulik, S. A. Matveev, A. S. Nilov // Refract. Ind. Ceram. ― 2017. ― Vol. 58, № 2. ― P. 148‒161. [Гаршин, А. П. Современные технологии получения волокнисто-армированных композиционных материалов с керамической огнеупорной матрицей (Обзор) / А. П. Гаршин, В. И. Кулик, С. А. Матвеев, А. С. Нилов // Новые огнеупоры. ― 2017. ― № 4. ― С. 20‒35.]
6. Park, J.-W. Strain energy distribution in ceramic-tometal joints / J.-W. Park, P. F. Mendez, T. W. Eagar // Acta Materialia. ― 2002. ― Vol. 50, № 5. ― P. 883‒899.
7. Shirzadi, A. A. Joining ceramics to metals using metallic foam / A. A. Shirzadi, Y. Zhu, H. K. D. H. Bhadeshia // Materials Science and Engineering: A. ― 2008. ― Vol. 496, № 1/2. ― P. 501‒506.
8. Galli, M. Relief of the residual stresses in ceramic-metal joints by a layered braze structure / M. Galli, J. Botsis, J. Janczak-Rusch // Advanced Engineering Materials. ― 2006. ― Vol. 8, № 3. ― P. 197‒201.
9. Morozumi, S. Bonding mechanism between silicon carbide and thin foils of reactive metals / S. Morozumi, M. Endo, M. Kikuchi // Journal of Materials Science. ― 1985. ― Vol. 20, № 11. ― P. 3976‒3982.
10. Fernie, J. A. Joining of engineering ceramics / J. A. Fernie, R. A. L. Drew, K. M. Knowles // International Materials Reviews. ― 2009. ― Vоl. 54, № 5. ― P. 283‒331.
11. Liu, Y. Effects of surface state of C/SiC composites on brazing of C/SiC to Nb / Y. Liu, L. Zhang, Z. Yang, J. Feng // Тransactions of the China Welding Institution. ― 2010. ― Vol. 31, № 10. ― Р. 31‒34.
12. Xiong, J. H. Joining of 3D C/SiC composites to niobium alloy / J. H. Xiong, J. Li, F. Zhang, W. Huang // Scripta Mater. ― 2006. ― Vol. 55, № 2. ― P. 151‒154.
13. Liu, Y. Reaction brazing of C/SiC composites to Nb with equiatomic composite foils / Y. Liu, J. Feng, L. Xhang [et al.] // in Proceeding from the 5th international brazing and soldering conference, 22‒25.04.2012, Las Vegas, Nevada, USA. ― 6 p.
14. Sun, Y. In-situ stabilized β-Ti in Ti-base alloys to enhance Cf/SiC-Nb heterogenous joint / Y. Sun, J. Zhang, M. Yuan // J. Alloys Compds. ― 2018. ― Vol. 773. ― P. 217‒226.
15. Liu, Y. Z. Brazing C/SiC composites and Nb with TiNiNb active filler metal / Y. Z. Liu, L. X. Zhang, C. B. Liu [et al.] // Science and Technology of Welding & Joining. ― 2011. ― Vol. 16, № 2. ― P. 193‒198.
16. Zhang, Q. Effect of brazing parameters on microstructure and mechanical properties of Cf/SiC and Nb‒1Zr joints brazed with Ti‒Co‒Nb filler alloy / Q. Zhang, L. Sun, Q. Liu [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2017. ― Vol. 37, № 3. ― P. 931‒937.
17. Liang, C. Joining of Cf/SiC composites with niobium alloy / C. Liang, Y. Du, W. Zhang [et al.] // Aerospace Materials & Technology. ― 2009. ― № 3. ― Р. 45‒48.
18. Sun, Y. Microstructure and formation mechanism of Cf/SiC and Nb joint brazed with laminated amorphous Ti‒Zr‒Cu‒Ni/crystalline Ti composite filler / Y. Sun, J. Zhang, C. Liu // Vacuum. ― 2020. ― Vol. 179. ― Article 109480.
19. Xiong, J. H. Brazing of carbon fiber reinforced SiC composite and TC4 using Ag‒Cu‒Ti active brazing alloy / J. H. Xiong, J. H. Huang, H. Zhang, X. K. Zhao // Materials Science and Engineering: A. ― 2010. ― Vol. 527, № 4/5. ― P. 1096‒1101.
20. Xiong, J. H. Joining of Cf/SiC composite and TC4 using Ag‒Al‒Ti active brazing alloy / J. H. Xiong, J. H. Huang, H. Zhang, X. K. Zha // Journal of Materials Engineering and Performance. ― 2011. ― Vol. 20, № 6. ― P. 1084‒1089.
21. Cui, B. Microstructures and mechanical properties of Cf/SiC composite and TC4 alloy joints brazed with (Ti‒Zr‒Cu‒Ni) + W composite filler materials / B. Cui, J. H. Huang, C. Cai [et al.] // Composites Science and Technology. ― 2014. ― Vol. 97. ― P. 19‒26.
22. Wang, W. Microstructural mechanism and mechanical properties of Cf/SiC composite/TC4 alloy joints composite-diffusion brazed with TiZrCuNi + TiCp composite filler / W. Wang, D. Fan, J. Huang [et al.] // Materials Science and Engineering: A. ― 2018. ― Vol. 728. ― P. 1‒9.
23. Lin, G. Joints of Cf/SiC Composite to Ti-alloy with in-situ synthesized TiCx improved brazing layers / G. Lin, J. Huang, H. Zhang, X. Zhao // Materials Transactions. ― 2006. ― Vol. 47, № 4. ― Р. 1261‒1263.
24. Lin, G. B. Joints of carbon fiber-reinforced SiC composites to Ti-alloy brazed by Ag‒Cu‒Ti short carbon fibers / G. B. Lin, J. H. Huang, H. Zhang // Journal of Materials Processing Technology. ― 2007. ― Vol. 189, № 1‒3. ― P. 256‒261.
25. Xiong, J. H. Joining of Cf/SiC composite to TC4 using Ag–Cu–Ti–SiC composite filler material / J. H. Xiong, J. H. Huang, G. B. Lin [et al.] // Powder Metallurgy. ― 2011. ― Vol. 54, № 3. ― Р. 269‒272.
26. Fan, D. Y. Joining of Cf/SiC composite to Ti‒6Al‒4V with (Ti‒Zr‒Cu‒Ni) + Ti filler based on in-situ alloying concept / D. Y. Fan, J. H. Huang, X. P. Zhao [et al.] // Ceram. Int. ― 2017. ― Vol. 43, № 5. ― P. 4151‒4158.
27. Ban, Y. H. Microstructure of reactive composite brazing joints of Cf/SiC composite to Ti‒6Al‒4V alloy with Cu‒Ti‒C filler material / Y. H. Ban, J. H. Huang, H. Zhang [et al.] // Rare Metal Materials and Engineering. ― 2009. ― Vol. 38, № 4. ― P. 713‒716.
28. Xiong, J. H. Brazing of carbon fiber reinforced SiC composite and Ti alloy using Cu‒Ti‒C filler materials / J. H. Xiong, J. H. Huang, Z. P. Wang [et al.] // Materials Science and Technology. ― 2010. ― Vol. 26, № 3. ― P. 356‒360.
29. Lin, G. B. Microstructure and mechanical performance of brazed joints of Cf/SiC composite and Ti alloy using Ag‒Cu‒Ti‒W / G. B. Lin, J. H. Huang, H. Zhang, H. Y. Liu // Science and Technology of Welding & Joining. ― 2006. ― Vol. 11, № 4. ― P. 379‒383.
30. Singh, M. Brazing of ceramic-matrix composites to Ti and Hastealloy using Ni-base metallic glass interlayers / M. Singh, R. Asthana, T. P. Shpargel // Materials science and engineering A. ― 2008. ― Vol. 198. ― Р. 19‒30.
31. Li, S. Joining of carbon fiber reinforced SiC (Cf/SiC) to Ni-based superalloy with multiple interlayers / S. Li, J. Zhang, X. Liang [et al.] // International Journal of Modern Physics B. ― 2003. ― Vol. 17, № 8/9. ― Р. 1777‒1781.
32. Zhang, J. J. Joining of Cf/SiC to Ni-based superalloy with Zr/Ta composite interlayers by hot-pressing diffusion welding / J. J. Zhang, S. J. Li, H. P. Duan, Y. Zhang // Rare Metal Materials and Engineering. ― 2002. ― Vol. 31, № s1. ― P. 393‒396.
33. Xiong, H. P. Brazing of SiC to a wrought nickel-based superalloy using CoFeNi(Si,B)CrTi filler metal / H. P. Xiong, W. Mao, Y. H. Xie [et al.] // Mater. Lett. ― 2007. ― Vol. 61, № 25. ― Р. 4662‒4665.
34. Wang, W. A novel process with the characteristics of low-temperature bonding and high-temperature resisting for joining Cf/SiC composite to GH3044 alloy / W. Wang, J. Huang, Y. Wang [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2019. ― Vol. 39, № 16. ― P. 5468‒5472.
35. Jimenes, C. Joining of Cf/SiC ceramics to nimonic alloys / C. Jimenes, K. Mergia, N. V. Moutis [et al.] // Journal of material engineering and performance. ― 2012. ― Vol. 21, № 5. ― Р. 683‒689.
36. Li, W.-W. Joining of Cf/SiC composite to GH783 superalloy with NiPdPtAu‒Cr filler alloy and a Mo interlayer / W.-W. Li, B. Chen, H.-P. Xiong [et al.] // Journal of Materials Science & Technology. ― 2019. ― Vol. 35, № 9. ― P. 2099‒2106.
37. Song, Y. Microstructure and mechanical properties of Cf/SiC composite/GH99 joints brazed with BNi2-Ti composite filler / Y. Song, D. Liu, X. Li // Journal of Manufacturing Processes. ― 2020. ― Vol. 58. ― P. 905‒913.
38. Lei, Zh. Bonding of Cf/SiC composite to Invar alloy using an active cement, Ag–Cu eutectic and Cu interlayer / Zh. Lei, X. Li, J. Hou [et al.] // Applied Surface Science. ― 2012. ― Vol. 258. ― Р. 10053‒10057.
39. Li, Wen-Wen. Reactive brazing Cf/SiC to itself and to Mo using the NiPdPtAu-Cr filler alloy / Wen-Wen Li, Bo Chen, Hua-Ping Xiong [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2017. ― Vol. 37. ― P. 3849‒3859.
40. Singh, M. Active metal brazing and characterization of brazed joints in C‒C and C‒SiC composites to copper-clad-molybdenum system / M. Singh, R. Asthana // NASA Technical Reports Server (NTRS) 20090008499. ― 2008. ― 17 р. [Электронный ресурс] : https://ia801206.us.archive.org/22/items/NASA_NTRS_Archive_20090008499/NASA_NTRS_Archive_20090008499.pdf.
41. Asthana, R. Active metal brazing of advanced ceramic composites to metallic systems / R. Asthana, M. Singh // in Advances in Brazing: Science, Technology and Applications : by ed. D. P. Sekulić. ― Woodhead Publishing Ltd., Philadelphia, PA, USA, 2013. ― P. 333‒360.
42. Wang, W. Joining of high thermal-expansion mismatched C‒SiC composite and stainless steel by an Ag + Ti + Mo mixed powder filler / W. Wang, Y. Wang, J. Huang [et al.] // Mater. Lett. ― 2019. ― Vol. 256. ― Article № 126632.
43. Wang, Y. Reactive composite-diffusing brazing of Cf/SiC composite and stainless steel with (Cu‒15Ti) + C filler material / Y. Wang, W. Wang, Zh. Ye [et al.] // Materials Science and Engineering: A. ― 2020. ― Vol. 788. ― Article № 139582.
44. Fan, D. Active brazing of carbon fiber reinforced SiC composite and 304 stainless steel with Ti‒Zr‒Be / D. Fan, J. Huang, Y. Wang // Materials Science and Engineering: A. ― 2014. ― Vol. 617. ― P. 66‒72.
45. Петрунин, И. Е. Справочник по пайке / И. Е. Петрунин. ― М. : Машиностроение-1, 2003. ― 480 с.
46. Пат. 2415822 Российская Федерация. Способ неразъемного соединения деталей / Е. А. Богачев, А. В. Лахин, А. Н. Тимофеев, Удинцев П. Г., Чунаев В. Ю. ; заявл. 15.10.08 ; опубл. 10.04.2011, Бюл. № 10.
47. Разина, А. С. Выбор состава металлоперехода для камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя малой тяги / А. С. Разина, Н. П. Асташева // Информационно-технологический вестник. ― 2018. ― Т. 16, № 2. ― С. 149‒155.
48. Bogachev, E. A. MMS Technology: first results and prospects / E. A. Bogachev, A. V. Lahin, A. N. Timofeev // Ceramic transactions. ― 2014. ― Vol. 248. ― P. 243‒253.
Дополнительные файлы
Для цитирования: Кулик В.И., Нилов А.С., Богачев Е.А., Ларионов Н.В. Методы пайки для получения неразъемных соединений керамических композиционных материалов с металлами (Обзорная статья). Новые огнеупоры. 2021;(4):42-52. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-4-42-52
For citation: Kulik V.I., Nilov A.S., Bogachev E.A., Larionov N.V. Soldering methods for obtaining permanent joints of ceramic composites with metals (review article). NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2021;(4):42-52. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-4-42-52
Обратные ссылки
- Обратные ссылки не определены.