Development of Diffusion-Bonding Technique for SiC CMC using the principle of TLP-Bonding

利用 TLP 键合原理开发 SiC CMC 扩散键合技术

基本信息

批准号：
20K05124
负责人：
尾崎友厚
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K05124/
关键词：
炭化ケイ素 CMC 拡散接合金属中間層透過型電子顕微鏡液相接合

项目摘要

炭化ケイ素（SiC）繊維結合セラミックスは構造材として優れた高温強度、耐食性、熱安定性を持つため、航空宇宙産業やエネルギー分野での応用が期待されている。しかし、加工や大型化が難しく、有効な接合技術の確立が急務となっている。我々はSiC繊維結合セラミックスの中間層を用いた拡散接合処理について研究してきた結果、界面で液相拡散接合（TLP接合）が発現した接合体は高い接合強度を示すことが分かってきた。そこで、SiC系材料をターゲットとした液相拡散(TLP)接合について調査した。2022年度はTLP接合反応を示すCu/Ti系の金属箔の組合せに対して、Cu/Tiの組成比が接合界面組織に与える影響についての調査を実施した。これまでの調査でCu単体、Ti単体のみではTLP反応は起こらず、1200℃の熱処理では十分な接合強度も得られないことが分かっている。金属箔の厚みをCuの比率が大きい条件と小さい条件で調整し、ホットプレス処理を実施した結果、処理を実施した全てのサンプルで堅牢なSiC接合体が得られた。作製した接合体の接合界面をSEMにより調査した結果、TLP接合反応が起こったと考えられる界面組織が観察された。さらに、ホットプレスによって形成された接合界面は金属箔の仕込み厚さに関係なく、Cuの比率が高いほど界面厚さが薄くなることが分かった。一般的に、界面に形成される化合物が同じであれば、接合界面は界面層が薄いほど接合強度が高くなることが知られており、界面厚さの制御は接合プロセスにおいて非常に重要である。今回の結果は金属の組成比によって金属中間層の仕込み厚さに関わらず、TLP接合界面の厚さを制御できる可能性を示すものとなった。なお、以上の成果は日本セラミックス協会の秋季シンポジウムおよび年会で報告している。

碳化硅（SiC）纤维结合陶瓷作为结构材料具有优异的高温强度、耐腐蚀性和热稳定性，因此有望在航空航天工业和能源领域得到应用。然而，其加工和规模化困难，迫切需要建立有效的连接技术。我们对使用SiC纤维陶瓷中间层的扩散接合进行了研究，结果发现，在界面处发生液相扩散接合（TLP接合）的接合体表现出高接合强度。因此，我们研究了针对 SiC 基材料的液相扩散 (TLP) 键合。在2022年度，我们针对表现出TLP接合反应的Cu/Ti金属箔的组合，研究了Cu/Ti组成比对接合界面结构的影响。先前的研究表明，单独使用Cu或Ti不会发生TLP反应，并且在1200℃的热处理下无法获得足够的结合强度。在高Cu比率条件和低Cu比率条件下调整金属箔的厚度并进行热压处理的结果是，对于所有经过处理的样品都获得了坚固的SiC接合体。使用SEM对制作的接合体的接合界面进行调查，结果观察到被认为是发生TLP接合反应的界面结构。此外，发现无论金属箔的厚度如何，随着Cu比率增加，通过热压形成的接合界面变得更薄。一般来说，已知键合界面处的界面层越薄，键合强度越高，只要界面处形成的化合物相同，控制界面厚度在键合过程中非常重要。目前的结果表明，无论金属中间层的厚度如何，都可以通过改变金属成分比来控制 TLP 键合界面的厚度。上述结果在日本陶瓷学会秋季研讨会暨年会上报告。