交流和脈沖電場作用下SiC與Ti的擴(kuò)散連接及其機(jī)理.pdf

1、SiC陶瓷具有耐高溫、抗腐蝕、抗氧化性強(qiáng)等優(yōu)越性能，利用連接方法制備陶瓷/金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)件，能夠?qū)⑻沾膳c金屬的優(yōu)異性能充分運(yùn)用，對拓寬陶瓷材料的應(yīng)用范圍具有特別重要的意義。本文采用擴(kuò)散連接方法制備SiC/Ti復(fù)合構(gòu)件，并針對擴(kuò)散連接的連接效率低、連接工藝條件苛刻等缺點(diǎn)，在擴(kuò)散連接過程中施加交流電場和脈沖電場，以優(yōu)化SiC/Ti擴(kuò)散連接工藝，降低擴(kuò)散連接溫度，改善接頭質(zhì)量。同時，利用SEM、TEM、XRD等方法研究交流電場和脈沖電場對SiC

2、/Ti擴(kuò)散連接界面反應(yīng)的影響規(guī)律和連接機(jī)理。
　　交流電壓對SiC/Ti接頭顯微組織和力學(xué)性能有很大影響，交流電壓值與連接溫度，兩者共同作用影響反應(yīng)層的厚度，而反應(yīng)層厚度對接頭剪切性能影響存在最佳值。最佳工藝參數(shù)為950℃/7.5MPa/1.5h/交流電壓值400V，此時接頭剪切強(qiáng)度可達(dá)72.5MPa，比無電壓擴(kuò)散連接接頭強(qiáng)度提高59％，說明施加交流電壓可以有效提高接頭質(zhì)量。電壓的方向?qū)缑孢B接情況有較大影響，負(fù)電壓抑制元素擴(kuò)散，

3、反應(yīng)層厚度降低，導(dǎo)致基體之間結(jié)合強(qiáng)度降低；正電壓促進(jìn)元素擴(kuò)散，接頭質(zhì)量較好。但交流電壓疊加較大靜電壓時，反應(yīng)層變厚，反應(yīng)層內(nèi)生成大量脆性化合物對接頭性能不利。
　　采用正交試驗獲得脈沖電場作用下各參數(shù)對接頭性能影響按脈沖幅度、占空比、頻率依次增大，且各脈沖參數(shù)存在交互作用。最佳脈沖工藝參數(shù)為脈沖幅度為400V，占空比為50%，頻率為500Hz，在此脈沖電場作用下，經(jīng)950℃/7.5MPa/1.5h擴(kuò)散連接接頭的剪切強(qiáng)度達(dá)到78.9

4、MPa。
　　對SiC/Ti界面微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，界面反應(yīng)生成相主要為TiC與Ti5Si3，接頭界面反應(yīng)的相組成結(jié)構(gòu)從 SiC到Ti為：SiC/細(xì)晶區(qū)/(TiC+Ti5Si3)/TiC/Ti。SiC/Ti擴(kuò)散連接接頭的斷裂屬于脆性解理斷裂，整個斷面的裂紋擴(kuò)展路徑為：裂紋首先萌生在連接界面最薄弱的地方，接著在雙相區(qū)與SiC中反復(fù)擴(kuò)展，直至接頭被破壞。
　　SiC與Ti形成可靠性連接的重要階段在于固相擴(kuò)散反應(yīng)，即發(fā)生了反