Ti/Ni为中间层的SiC陶瓷扩散连接接头高温力学性能研究

摘要

本文使用金属Ti、Ni作为中间层，以扩散连接工艺实现了SiC陶瓷的连接。研究了中间层类型及成分（Ti/Ni纳米金属粉及Ti/Ni金属箔片，对Ti/Ni原子比分别进行调整）、扩散连接工艺、高温氧化对陶瓷接头微观组织结构及力学性能等方面的影响规律。
　　研究表明，使用金属Ti、Ni作为中间层，其陶瓷接头元素分布均匀、致密，其中的物相主要由TiC、Ti3SiC2、TiNi、Ni3Si、Ni2Si等组成，通过热力学计算并结合XRD、EDS等技术确认了陶瓷接头的形成机制。
　　中间层的类型对其接头厚度有较大的影响，使用纳米金属粉作为中间层的接头厚度约为150μm，且受成分影响较小，使用金属箔片作为中间层的接头厚度较薄，最薄约10μm，最厚不超过50μm，与成分有一定关系。使用纳米金属粉作为中间层的接头力学性能在室温及高温条件下有较大的变化，在1000℃时接头抗剪切强度与室温较为接近，1200℃时其抗剪切强度大幅度提高，最大值可达116MPa。使用金属箔片作为中间层的接头力学性能在高温条件有较大幅度的提高，1000℃时最高可达128MPa，1200℃时有少量下降。就其综合性能而言，使用Ti:Ni=1:1(at.)金属箔片作为中间层时有最佳综合性能，室温、1000、1200℃时对应的抗剪切强度分别为52MPa、128MPa、120MPa。
　　对综合性能较好的中间层组份，研究了连接温度对其性能的影响，发现随着连接温度提高，其各项性能均有所提高，1600℃扩散连接接头的室温抗剪切强度约69MPa，高温抗剪切强度超过130MPa，纳米硬度超过28GPa，弹性模量约400GPa。同时研究了高温氧化对其性能的影响，发现高温氧化后陶瓷接头的力学性能出现了普遍的提高，1000℃氧化5h后室温抗剪切强度提高至约120MPa，延长保温时间及提高氧化温度时可进一步提高接头的性能，在1200℃氧化20h后室温抗剪切强度超过190MPa。

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第1章 绪 论

1.1课题研究背景

1.2 SiC陶瓷材料概述

1.3陶瓷连接工艺概述

1.4课题目的与主要研究内容

第2章 试验材料及测试方法

2.1试验材料

2.2扩散连接工艺

2.3测试与表征方法

第3章 纳米Ti/Ni金属粉中间层扩散连接SiC陶瓷接头的结构与性能

3.1引言

3.2中间层对扩散连接陶瓷接头微观组织结构的影响

3.3陶瓷接头物相生成热力学分析

3.4中间层对扩散连接陶瓷接头物相的影响

3.5接头形成机理分析

3.6中间层对扩散连接陶瓷接头力学性能的影响

3.7本章小结

第4章 金属Ti/Ni箔片中间层扩散连接SiC陶瓷接头的结构与性能

4.1引言

4.2中间层对扩散连接陶瓷接头的影响

4.3连接工艺对扩散连接接头的影响

4.4高温氧化对扩散连接接头力学的影响

4.5本章小结

结论

参考文献

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