電場(chǎng)作用下SiC陶瓷與Ti擴(kuò)散連接工藝及機(jī)理研究.pdf

1、SiC陶瓷具有很多優(yōu)良性能,但脆性大、難以加工等缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用范圍,將SiC陶瓷與金屬連接,能充分發(fā)揮各自的優(yōu)良性能,彌補(bǔ)各自的不足。陶瓷與金屬的連接方法中,擴(kuò)散連接比較常用,并且擴(kuò)散連接的接頭穩(wěn)定性好,質(zhì)量較高,耐腐蝕,但連接效率低。因此,本文對(duì)SiC與Ti在常規(guī)擴(kuò)散連接的基礎(chǔ)上進(jìn)行了電場(chǎng)作用下的擴(kuò)散連接,以期提高擴(kuò)散連接效率。本文采用SEM、EDS、XRD、TEM以及剪切性能測(cè)試等手段研究了不同工藝條件下接頭的顯微組織以及界面微

2、觀結(jié)構(gòu),分析了工藝參數(shù)對(duì)接頭質(zhì)量的影響規(guī)律。
　　SiC與Ti擴(kuò)散連接工藝參數(shù)如溫度、時(shí)間、壓力等對(duì)擴(kuò)散連接接頭質(zhì)量有較大的影響,且各參數(shù)之間交互作用。研究結(jié)果表明,工藝參數(shù)為1000℃/2h/7.5MPa時(shí)可獲得質(zhì)量較好的接頭,其抗剪強(qiáng)度達(dá)到了66.4MPa。在此基礎(chǔ)上,通過正交試驗(yàn),研究了外加電壓下SiC與Ti的擴(kuò)散連接,各參數(shù)對(duì)接頭連接質(zhì)量影響程度依次為:溫度﹥電壓﹥時(shí)間,優(yōu)化的工藝參數(shù)為950℃/1.5h/7.5MPa/4

3、00V,其接頭抗剪強(qiáng)度達(dá)到了69.6MPa,實(shí)現(xiàn)了在不降低抗剪強(qiáng)度的前提下,降低了連接溫度,縮短了連接時(shí)間,提高了連接效率。
　　SiC陶瓷與金屬Ti界面組織結(jié)構(gòu)研究表明:SiC與Ti在擴(kuò)散連接過程中發(fā)生界面反應(yīng),界面處生成了Ti5Si3Cx和TiC相,由SiC到Ti界面結(jié)構(gòu)為SiC/TiC/(Ti5Si3Cx+TiC)/Ti。當(dāng)金屬接正極,陶瓷接負(fù)極時(shí),電場(chǎng)促進(jìn)界面原子擴(kuò)散,界面擴(kuò)散層增厚;而電壓反接時(shí)會(huì)抑制界面處的擴(kuò)散。隨著外

4、加電壓的增大,電場(chǎng)的促進(jìn)和抑制作用越顯著。當(dāng)溫度較低反應(yīng)層較薄時(shí),SiC與Ti擴(kuò)散連接接頭的斷裂發(fā)生在SiC/TiC界面處以及TiC層內(nèi);當(dāng)反應(yīng)層較厚時(shí),斷裂發(fā)生在TiC/(Ti5Si3Cx+TiC)界面處以及TiC層內(nèi)。
　　電場(chǎng)對(duì)擴(kuò)散連接各個(gè)階段均有貢獻(xiàn)。在界面接觸階段,電壓會(huì)使得界面產(chǎn)生極大的鏡像吸附力,使兩個(gè)表面結(jié)合更加緊密,界面吸附力隨著外加電壓的增大和界面間距的減小而增大;在擴(kuò)散反應(yīng)階段,施加電壓會(huì)使界面處離子擴(kuò)散通量