三元层状陶瓷Ti3SiC2、Ti3AlC2的连接
文献类型：学位论文
| 作者 | 尹孝辉 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-01-26 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 李美栓 |
| 关键词 | Ti3SiC2 Ti3AlC2 扩散连接 瞬间液相连接 界面反应 接头强度 |
| 其他题名 | Joining of Layered Ternary Ceramics Ti3SiC2 and Ti3AlC2 |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 陶瓷连接的重要作用之一是提供一种低成本制造形状复杂构件的方法，同时可以提高陶瓷结构的可靠性，从而扩大陶瓷的应用范围。三元层状Mn+1AXn相陶瓷结合了陶瓷和金属的优异性能，作为一种新型结构/功能一体化陶瓷材料，特别是高温结构材料，在航空、航天、核工业和电子信息等高技术领域具有潜在的应用前景。但是和其它陶瓷一样，合成大尺寸的Mn+1AXn相体材料或构件还存在困难，限制了其在实际中推广应用。因而，研究Mn+1AXn相的连接不仅具有重要的理论意义，而且具有实用价值。 本文选择了Mn+1AXn相中最为典型的Ti3SiC2和Ti3AlC2陶瓷为基体，系统的研究了Ti3SiC2/Ni、Ti3SiC2/Al/Ti3SiC2、Ti3AlC2/Si/Ti3AlC2以及Ti3SiC2/Ti3AlC2体系的连接过程，得出主要结果如下： （1） 利用扩散连接方法成功的连接Ti3SiC2陶瓷和金属Ni，并且获得高强度的连接结构。在连接过程中，界面生成Ni31Si12、Ni16Ti6Si7、Ti2Ni 和 TiCx多种反应产物, 形成了Ni / Ni31Si12+Ni16Ti6Si7+TiCx / Ti3SiC2+Ti2Ni+TiCx / Ti3SiC2的界面结构。界面反应层的生长遵循抛物线规律。连接过程中同时发生Si从Ti3SiC2中向Ni扩散和Ni 穿过反应层向Ti3SiC2扩散, 但是Ni的扩散是界面反应的控制步骤。反应扩散激活能为118±12 kJ/mol。 分析了连接工艺参数对Ti3SiC2/Ni接头性能的影响，确定了最佳的连接工艺参数，即连接温度T = 1000 oC，连接压力P = 20 MPa，连接时间t = 10 min。在最佳工艺条件下获得的接头的剪切强度可达到121±7 MPa，接近Ti3SiC2陶瓷的剪切强度。 （2）用纯铝箔作为中间层，采用瞬间液相连接方法连接Ti3SiC2陶瓷。连接过程完全是由Al向Ti3SiC2陶瓷中扩散控制的，界面生成了Ti3Si(Al)C2 固溶体。由于Ti3Si(Al)C2 固溶体本身具有良好的力学性能，以及其与Ti3SiC2基体微小的热膨胀系数差异，使Ti3SiC2/Al/Ti3SiC2接头具有较高的弯曲强度。即使在1000 oC时，接头三点弯曲强度为226±30 MPa，达到Ti3SiC2陶瓷三点弯曲强度的74%。 （3）用Si作为中间层扩散连接Ti3AlC2陶瓷。连接过程是由Si向Ti3AlC2中扩散控制的，界面生成了Ti3Al(Si)C2固溶体。在室温时，接头三点弯曲强度为285±11 MPa，达到Ti3AlC2陶瓷三点弯曲强度的80%，而且这种高强度可以保持到1000 oC。残余应力，特别是残余拉应力，是影响接头弯曲强度的主要因素。利用有限元方法，模拟了Ti3AlC2陶瓷扩散连接接头残余应力分布特征。表明残余拉应力分布在热膨胀系数较小的Ti3Al(Si)C2固溶体靠近界面附近的区域，其最大值出现在接头边缘的微小区域。 （4）利用Si和Al的互扩散和Ti3SiC2、Ti3AlC2良好的高温塑性，成功的连接Ti3SiC2和Ti3AlC2陶瓷。连接过程中同时发生Si从Ti3SiC2中向Ti3AlC2扩散和Al 从Ti3AlC2中向Ti3SiC2扩散。界面处生成了Ti3Si(Al)C2和Ti3Al(Si)C2固溶体，在靠近Ti3AlC2一侧过渡区内还含有微量Ti5Si3相。 确定了在 1100-1300 oC温度范围扩散连接后Si、Al在Ti3SiC2/Ti3AlC2界面的分布规律。利用Fick 第二定律，计算出Si、Al分别在Ti3SiC2和Ti3AlC2中的扩散系数以及扩散激活能。Si、Al扩散系数的确定不仅为扩散连接工艺参数的选择提供基本数据，而且可以用以定量解释Mn+1AXn相陶瓷的一些特性。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 140 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16843]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 尹孝辉. 三元层状陶瓷Ti3SiC2、Ti3AlC2的连接[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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