[发明专利]陶瓷金属复合热防护系统及钎接界面润湿填缝行为预测方法

权利要求书

1.一种陶瓷金属复合热防护系统，其特征在于：包括上层蜂窝板(1)、中层陶瓷绝热层(2)和下层蜂窝板(3)，相邻层以焊接方式相连接，所述上层蜂窝板材料为锆基高温合金，蜂窝单胞为等壁厚正六边形，壁厚为0.05-0.1mm，蜂窝板高度为4-8mm，蜂窝单胞正六边形边长为4-6mm；所述的陶瓷绝热层为氧化铝陶瓷，厚度为40-60mm；所述的下层蜂窝板材料为钛基高温合金，蜂窝单胞为等壁厚正六边形，壁厚为0.05-0.1mm，蜂窝板高度为3-6mm，蜂窝单胞正六边形边长为4-6mm。

2.根据权利要求1所述的陶瓷金属复合热防护系统，其特征在于：所述相邻层焊接方式为真空热塑钎焊或激光热塑钎焊，具体钎焊温度高于非晶钎料在过冷液相区的结晶温度、低于等于非晶钎料在过冷液相区的非晶态熔点。

3.根据权利要求1所述的陶瓷金属复合热防护系统，其特征在于：所述相邻层之间的钎料层均为银钛铜非晶钎料层，钎焊温度741～760℃。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的陶瓷金属复合热防护系统，其特征在于：所述钎焊的填缝厚度为50-150μm。

5.一种权利要求1-4中任一项所述的陶瓷金属复合热防护系统的钎接界面填缝行为预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

第1步：对锆合金/氧化铝陶瓷及钛合金/氧化铝陶瓷试样表面打磨、抛光、用酒精或丙酮超声清洗5～10min、烘干，再对试样进行腐蚀，并表征试样，对钎焊试样界面层的物相析出相进行表征；

第2步：根据所表征的物相析出相，建立物相模型并结构优化；

第3步：对物相模型进行表面能收敛测试，计算其表面能；

第4步：建立物相界面模型，根据第一性原理数值计算结果，再计算界面黏附功；

第5步：根据第4步计算结果计算物相界面的界面能；

第6步：根据Laurent定理，预测锆合金/氧化铝陶瓷或钛合金/氧化铝陶瓷钎焊界面润湿填缝机制。

6.根据权利要求5所述的陶瓷金属复合热防护系统的钎接界面填缝行为预测方法，其特征在于：所述步骤3中的表面能计算公式为：

式中，E₁为析出相或氧化铝陶瓷的表面结构模型的总能量，N₁为析出相或氧化铝陶瓷的表面结构模型中含有的原子数量，N₂为一个析出相或氧化铝陶瓷的晶胞中含有的原子数量，E₂为一个析出相或氧化铝陶瓷的晶胞模型的总能量，A为表面模型的表面面积。

7.根据权利要求5所述的陶瓷金属复合热防护系统的钎接界面填缝行为预测方法，其特征在于：所述步骤4中的界面黏附功计算公式为：

W_ad＝(E₃+E₄-E₃₄)/S

式中E₃、E₄分别是表征物相分子模型的能量，E₃₄为界面模型的总能量，S为界面模型的界面面积。

8.根据权利要求5所述的陶瓷金属复合热防护系统的钎接界面填缝行为预测方法，其特征在于：所述步骤5中的界面能公式为：

σ＝γ₁+γ₂-W_ad

式中γ₁、γ₂分别是表征物相模型的表面能，W_ad为界面模型的黏附功。

9.根据权利要求4所述的陶瓷金属复合热防护系统的钎接界面填缝行为预测方法，其特征在于：所述步骤6中所述的润湿机理判断依据为：

若反应层与钎料的界面能σ₁大于陶瓷与钎料的界面能σ₂，则钎料润湿由自由能释放主导；相反，若反应层与钎料的界面能σ₁小于陶瓷与钎料的界面能σ₂，则界面能释放对润湿起到积极作用。