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文檔簡介
1、C/C復合材料具有低密度、高導熱性、耐熱沖擊等優(yōu)點,并具有特別低的中子激活能以及很高的熔點和升華溫度,其與Cu質(zhì)熱沉的連接件是聚變反應堆中面壁的候選材料。但C/C復合材料與Cu兩者的熱膨脹系數(shù)相差很大,在冷卻過程中膨脹失配致使接頭產(chǎn)生較大的殘余熱應力,容易導致連接失敗。針對膨脹失配問題,本文設計了添加Nb中間層的平直形界面結(jié)構(gòu)和圓錐形界面結(jié)構(gòu)兩種連接界面,采用有限元模擬方法分析界面應力,并對分析結(jié)果進行了實驗驗證,得到如下主要結(jié)論。
2、r> 有限元分析表明,對于16mm×16mm平直形連接界面,直接連接時,在棱邊上出現(xiàn)明顯的殘余熱應力(σz)集中,σz最大值出現(xiàn)在距連接界面1.15mm的C/C復合材料棱邊上,呈拉應力;添加Nb中間層后,σz最大值從C/C復合材料轉(zhuǎn)移到靠近Nb/Cu界面的中間層中,且隨中間層厚度增大而降低,當中間層厚度增大到1mm時趨于平穩(wěn)。連接實驗證實,接頭強度隨中間層厚度增大而升高,當中間層厚度為1mm時,接頭平均強度達到37.39MPa。接
3、頭中共有五種反應產(chǎn)物,分別為TiC、Nb2C,Ag(S.S)、Cu(S.S)和Cu4Ti3,其中在C/C復合材料/AgCuTi界面形成了厚度為1μm的呈連續(xù)分布的TiC反應層,改善了對C/C復合材料的潤濕性。
為進一步降低接頭殘余熱應力,設計了圓錐形界面結(jié)構(gòu)。有限元分析表明,圓錐形界面能將大部分殘余熱應力轉(zhuǎn)移到填充圓錐的釬料中,減少近界面區(qū)C/C復合材料中的殘余熱應力。連接實驗證實,當圓錐高度為2mm、圓錐直徑為3.2mm
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