复相陶瓷BN-SiO₂由晶态h-BN和无定形SiO₂组成,因此复相陶瓷BN-SiO₂兼具二者的优异性能,在航空航天领域得到了广泛的应用。Nb是一种广泛用于航空航天的金属材料。在实际应用中,常需要将复相陶瓷BN-SiO₂与Nb连接以实现其优势互补。本课题以复相陶瓷BN-SiO₂润湿性分析为出发点,进而对复相陶瓷BN-SiO₂与Nb的焊接性进行研究。基于焊后接头残余应力较大的问题,设计SiC网络结构增强复合中间层（缩写为CINRA）缓解接头残余应力,解明CINRA对接头的增强机制。采用Ti-Ni活性钎料在复相陶瓷BN-SiO₂表面进行润湿试验,对Ti-Ni钎料在复相陶瓷BN-SiO₂表面的润湿铺展行为进行研究,解明活性元素Ti在反应润湿体系中的作用。结果表明:Ti-Ni钎料在复相陶瓷BN-SiO₂表面的润湿铺展分为三个阶段:快速铺展阶段、稳定铺展阶段以及平衡阶段。体系最终润湿角约为42°。通过TEM手段确定Ti-Ni/复相陶瓷BN-SiO₂的润湿界面的典型结构为Ti₃O₅+Ti₅Si₃+TiB₂+TiN复合反应层。确定了在Ti-Ni/复相陶瓷BN-SiO₂润湿体系中,TiN层会优先生成并且TiN层的形成会促进体系的润湿和铺展。此外,设计BN含量不同的三种复相陶瓷BN-SiO₂的润湿体系,通过反应层的XRD图谱Rietveld精修研究最终润湿角-界面反应产物之间的关系。结果表明:液态Ti-Ni钎料在复相陶瓷BN-SiO₂上的最终润湿角由界面反应产物决定。采用Ti-Ni活性钎料对复相陶瓷BN-SiO₂自身以及Nb进行钎焊。通过对两层组织的衍射斑点和衍射环的标定可以确定两层反应层为Ti₃O₅+Ti₅Si₃+TiB₂以及TiN层。基于Miedema模型,对Ti-Ni二元钎料体系中活性元素Ti的化学活度进行了计算。可以发现体系中活性元素Ti的化学活度为0.424。采用Koller三元几何模型,计算了Nb元素的溶解对Ti-Ni钎料中Ti元素活度的影响。计算结果表明,随着Nb元素的加入,Ti-Ni体系中Ti元素的活度增加为0.778,加剧了其与复相陶瓷BN-SiO₂侧的界面反应。同时采用第一性原理计算了h-BN/Ti以及a-SiO₂/Ti界面模型界面能。结果表明:与a-SiO₂/Ti界面模型相对比,Ti在h-BN界面上更易于形成新相,从能量角度上解释了Ti-Ni钎料优先同h-BN发生反应的机理。采用CINRA钎焊复相陶瓷BN-SiO₂与Nb,当钎焊温度1170°C、保温时间5min时,液态钎料填充SiC多孔陶瓷孔洞,同时液态钎料与SiC多孔陶瓷发生反应,在SiC多孔陶瓷表面生成了TiC+Ti₅Si₃反应层。此时接头的典型界面组织为复相陶瓷BN-SiO₂/Ti₃O₅+Ti₅Si₃+TiB₂+TiN/SiC+TiC+Ti₅Si₃/（Ti,Nb）-TiNi共晶+TiNi+TiNi₂/Nb。随着钎焊温度的升高,SiC多孔陶瓷与钎料之间的化学反应加剧,导致SiC多孔陶瓷的骨架结构被严重的破坏。保温时间可以直接影响液态钎料在SiC多孔陶瓷中的填充情况,当保温时间较短时,液态钎料无法完全填充SiC多孔陶瓷。当钎焊温度为1170°C保温时间为5min时,接头的抗剪强度最高为102MPa。研究了中间层参数对复相陶瓷BN-SiO₂/CINRA/Nb接头界面组织和性能的影响,当SiC多孔陶瓷孔隙率较小时存在闭孔结构导致钎料无法渗入;而SiC多孔陶瓷孔隙率过大时,由于毛细作用力降低也导致钎料无法填充SiC多孔陶瓷,此外骨架结构过于薄弱导致骨架容易被破坏导致接头强度降低。当SiC多孔陶瓷的厚度过厚时,在SiC多孔陶瓷中存在大量未填充区域,因此接头的力学性能急剧下降。当多孔陶瓷孔隙率为50%、厚度为2mm时,接头的抗剪强度最高为102MPa。建立CINRA子模型并深入分析了其对接头残余应力的改善机制,结果发现CINRA的添加可以改变钎焊接头内部残余应力的分布形式,具体表现为在CINRA内部残余应力分布不连续,残余应力主要集中在孔洞边缘位置,同时添加的CINRA子模型整体应力峰值较低。与复相陶瓷BN-SiO₂与Nb直接钎焊接头残余应力相比,采用CINRA对复相陶瓷BN-SiO₂与Nb钎焊时,陶瓷侧界面处的残余应力峰值下降了14%。研究了CINRA提高接头力学性能的机制,CINRA会将产生的主要裂纹向多个方向传递,分散了产生裂纹的主应力从而对裂纹的扩展产生了阻碍作用。通过对比发现,当裂纹沿着SiC多孔陶瓷进行扩展时阻力最小为7.43MPa,因此裂纹更易沿着SiC多孔陶瓷进行扩展。该路径具有多转折、多弯曲的特点可阻碍裂纹的扩展,最终实现接头力学性能的大幅度提升。