Interfacial reaction kinetics and microstructural evolution of C/SiC composites to metal joints

Bu çalışmada, C/SiC kompozit kompozit ve Ti6Al4V alaşımı olmak üzere iki farklı malzemenin Ag-Cu bazlı dolgu alaşımı ile lehimlenmesi incelenmiştir. Aktif Ti element miktarı, katkı malzemesi partikül boyutu/miktarı, C/SiC kompozit takviye yapısı ve malzeme özelliklerinin arayüzey reaksiyon kinetiği ve lehimli bağlantıların mekanik performansına etkileri araştırılmıştır. Lehimleme çalışmalarına ek olarak lehimleme performansı ve ıslatma davranışı arasındaki ilişki, lehimleme koşulları altında gerçekleştirilen ıslatma deneyleri ile modellenmiştir. Islatma deneylerinde ölçülen temas açısı değerlerine göre, dolgu malzemesi içeriğindeki aktif Ti elementi miktarının artması hem monolitik SiC seramik hem de C/SiC kompozit için sırasıyla 10° ve 15° gözlemlenen temas açısı değerleri ile önemli ölçüde iyileşme sağlamıştır. Bu dolgu malzemesi alaşımı için için 915 °C ve 15 dakika, C/SiC kompozit yüzeyinin etkin bir şekilde ıslatılması ve homojen reaksiyon katmanı oluşumu için optimum lehimleme parametreleri olarak belirlenmiştir. Bu koşullar ile Ticusil dolgu alaşımı kullanılarak elde edilen ⁓1 µm kalınlığında reaksiyon tabakasına sahip bağlantılar ⁓33 MPa ile en yüksek kesme mukavemetine sahiptir. Seramik yüzeylerde ıslatma özelliklerini kontrol ve optimize etmek amacıyla Ticusil dolgu alaşımına iki farklı boyutta (nano ve makro ölçekli) değişen miktarlarda SiC partikülleri eklenmiştir. Bu kapsamda nano seviyede ağırlıkça %2 SiC ve mikro seviyede ağırlıkça %1 SiC eklenmesi, bağlantıların kesme mukavemetini katkız dolgu alaşımına kıyasla sırasıyla %35 ve %8 oranında iyileştirmiştir. Kaydedilen temas açısı değerleri neredeyse aynı olmasına rağmen (ağırlıkça %2 nano seviyesi için 42° ve ağırlıkça %1 mikron seviyesi için 37°), nanoparçacıkların daha homojen takviye etkisi sebebiyle nano seviyede SiC katkı içeren bağlantıların mekanik performansında daha yüksek artış gözlemlenmiştir. Mikron ve nano seviyedeki katkı içen Ticusil dolgu alaşımı koşullarında en yüksek bağlantı performansı için optimum temas açısı değeri ⁓40° tespit edilmiştir. 3B ve 2B olmak üzere iki farklı tipte karbon fiber yapı ile güçlendirilmiş kompozitler benzer ıslanabilirlik özelliklerine sahiptir ve bu nedenle benzer reaksiyon katmanı ve ara katman morfolojileri göstermişlerdir. Buna ek olarak, 2D C/C-SiC kompozitlerinin matrisine karbon nanotüp eklenmesi, dolgu alaşımı ile yüzeyinin ıslanabilirlik davranışı iyileştirmiştir. Diğer bir taraftan, CNT eklenmiş veya eklenmemiş 2D C/C-SiC kompozitler daha iyi ıslanma davranışı göstermelerine rağmen, arayüzeyde gözlemlenen boşluk oluşumları ve malzeme özelliklerinin farklı olması gerekçesiyle arayüzeyde oluşan kalıntı seviyelerinin farklılığı mekanik mukavemette gözlemlenen değişken değerler ile ilişkilendirilmektedir.