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TZM钼合金具有熔点高、弹性模量高、高温力学性能优良、抗蚀性强等优点;ZrC颗粒增强钨基复合材料(ZrC_p/W)具有优异的高温力学性能、热物理性能、热震烧蚀性能。TZM钼合金与ZrC_p/W复合材料在航天、航空、核能、核电等领域有重要应用。然而,由于TZM钼合金在1200oC左右开始再结晶,而ZrC_p/W复合材料加工工艺复杂,再加工难度高,导致两种材料在应用过程中受到一定限制。通过对ZrC_p/W复合材料与加工性能良好的TZM合金进行连接,克服两种材料在物理、化学以及功能结构差异带来的影响,从而使两种材料的优点得以充分发挥,可望拓展两种材料在高温领域的应用范围。本文首先采用熔点低、流动性好的Ti基、Ni基Ti-Ni共晶钎料对TZM钼合金与ZrC_p/W复合材料进行润湿和钎焊试验,通过对反应层生成物相的分析,调整了钎料中Ti-Ni元素的配比,实现了对反应层生成物相的控制,使TZM母材与钎缝界面处生成塑性因子高的Ti Ni相,提高钎焊接头的性能,达到TZM母材强度的96.8%。采用Ti-Ni共晶钎料对TZM钼合金与ZrC_p/W复合材料进行润湿试验,结果显示,Ti-Ni共晶钎料对两种母材均具有良好的润湿性,Ti-24Ni、Ti-61Ni在TZM及ZrC_p/W母材上的润湿角分别为3.6o、1.8o、4.2o、48o。润湿界面微观形貌及物相构成显示,Ti-Ni合金中,活性元素Ti的存在,促进了钎料在母材的润湿铺展,随着钎料中Ti含量的增加,钎料在母材上的润湿铺展性能显著提高。Ti-Ni合金钎焊TZM钼合金与ZrC_p/W复合材料钎焊接头的界面形貌及物相构成显示,TZM/Ti-Ni/ZrC_p/W钎焊接头分为三个反应区:靠近TZM一侧反应层I,主要成分为Ti-Mo固溶体与条纹状Ti-Ni相或Ti-Mo固溶体相;靠近ZrC_p/W一侧的反应层III,主要包括W(s,s)颗粒、(Ti,Zr)C颗粒以及残余的钎料冷却生成的Ti-Ni-Zr合金化合物;残余钎料在冷却过程中形成的Ti-Ni-Zr合金相组成反应层II。随着钎焊温度的升高或保温时间的延长,钎焊接头的反应层I变粗糙,条纹状组织变大、增多,Ti-Mo固溶体中元素比例发生变化;反应层II变窄乃至消失,反应层II中Ti-Ni-Zr合金相中元素比例发生变化,进入反应层II中的W(s,s)颗粒、(Ti,Zr)C颗粒增多;反应层III随钎焊温度的升高而增宽。钎焊温度及保温时间不仅直接影响钎焊接头微观形貌及界面组织,并进一步影响钎焊接头的断裂路径、断裂特征及钎焊接头的性能:钎焊接头反应层II较宽,且脆性相较多时,钎焊接头剪切强度较低,并容易断裂于反应层II;反应层II变薄或消失,脆性相含量较少时,钎焊接头剪切强度提高,断裂一般位于TZM一侧或TZM与反应层I的界面处;当反应层I变粗糙、条纹状脆性相变粗、增大,出现孔洞或微裂纹,这时钎焊接头剪切强度降低,断裂一般位于反应层I。为分析钎焊接头中不同Ti-Ni-Zr合金相对钎焊接头性能的影响,采用纳米压痕技术研究了接头中各相的纳米压痕硬度及塑韧性特征:Ti Ni3、(Ti,Zr)Ni2、Ti Ni2、Ti2Ni等相纳米硬度较高、塑性因子较低,而Ti Ni相硬度最低、塑性因子最高。以促进钎焊接头中生成硬度低,塑性因子高的Ti Ni相为目标,调整了Ti-Ni钎料的元素配比,选用50Ti-50Ni钎料对TZM合金与ZrC_p/W复合材料进行钎焊,当钎焊温度温度为1340oC、保温10min时,钎焊接头室温剪切强度最高为146.1MPa,达到TZM母材强度的96.8%。高温剪切试验值最高可达118.4MPa。为了进一步分析Ti-Ni与Mo、ZrC、W的界面反应机理,本文采用纯Ti、纯Ni与TZM、ZrC、W进行试验。研究发现,Mo与Ti极易混合,生成Ti-Mo固溶体;ZrC中C原子、Zr原子自ZrC晶胞中的析出、扩散进入Ti-Ni溶液;Ni与ZrC发生共晶反应,形成液相;进入Ti-Ni溶液C原子与Ti发生反应生成Ti C,而Zr原子与Ti-Ni形成合金化合物;W可与Ti、Ni形成固溶体,但是反应程度较低。通过对钎料与母材反应界面的分析,总结了TZM/Ti-Ni/ZrC_p/W钎焊接头界面组织的形成机制:钎料熔化后润湿母材并往两侧母材中扩散;扩散进入TZM的钎料与母材中的Mo原子形成条纹状TiMo(s,s)或Ti-Ni相;Mo原子或者Mo片溶解进入钎料,形成Ti-Mo固溶体层;熔融钎料扩散进入ZrC_p/W母材,破坏了ZrC与W颗粒的连接,使得ZrC与W颗粒进入液态钎料中;钎料中的Ti元素与ZrC发生反应,形成Ti C颗粒,ZrC中的部分Zr原子进入熔融钎料,与Ti、Ni形成合金化合物;降温过程中,残余的液态钎料开始冷却,形成反应层II及反应层III。