交流和脉冲电场作用下SiC与Ti的扩散连接及其机理

发布时间：2018-02-17 01:18

  本文关键词： SiC/Ti扩散连接 脉冲电场 交流电场 界面结构 剪切强度　出处：《哈尔滨工业大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：SiC陶瓷具有耐高温、抗腐蚀、抗氧化性强等优越性能,利用连接方法制备陶瓷/金属复合结构件,能够将陶瓷与金属的优异性能充分运用,对拓宽陶瓷材料的应用范围具有特别重要的意义。本文采用扩散连接方法制备Si C/Ti复合构件,并针对扩散连接的连接效率低、连接工艺条件苛刻等缺点,在扩散连接过程中施加交流电场和脉冲电场,以优化Si C/Ti扩散连接工艺,降低扩散连接温度,改善接头质量。同时,利用SEM、TEM、XRD等方法研究交流电场和脉冲电场对Si C/Ti扩散连接界面反应的影响规律和连接机理。交流电压对SiC/Ti接头显微组织和力学性能有很大影响,交流电压值与连接温度,两者共同作用影响反应层的厚度,而反应层厚度对接头剪切性能影响存在最佳值。最佳工艺参数为950℃/7.5MPa/1.5h/交流电压值400V,此时接头剪切强度可达72.5MPa,比无电压扩散连接接头强度提高59%,说明施加交流电压可以有效提高接头质量。电压的方向对界面连接情况有较大影响,负电压抑制元素扩散,反应层厚度降低,导致基体之间结合强度降低;正电压促进元素扩散,接头质量较好。但交流电压叠加较大静电压时,反应层变厚,反应层内生成大量脆性化合物对接头性能不利。采用正交试验获得脉冲电场作用下各参数对接头性能影响按脉冲幅度、占空比、频率依次增大,且各脉冲参数存在交互作用。最佳脉冲工艺参数为脉冲幅度为400V,占空比为50%,频率为500Hz,在此脉冲电场作用下,经950℃/7.5MPa/1.5h扩散连接接头的剪切强度达到78.9MPa。对SiC/Ti界面微观组织结构进行分析发现,界面反应生成相主要为Ti C与Ti5Si3,接头界面反应的相组成结构从Si C到Ti为:Si C/细晶区/(Ti C+Ti5Si3)/Ti C/Ti。Si C/Ti扩散连接接头的断裂属于脆性解理断裂,整个断面的裂纹扩展路径为:裂纹首先萌生在连接界面最薄弱的地方,接着在双相区与Si C中反复扩展,直至接头被破坏。SiC与Ti形成可靠性连接的重要阶段在于固相扩散反应,即发生了反应扩散。与未施加电场的情况下相比,施加电场后反应层各区的厚度均增加,电场提高了反应扩散的速率常数,即在相同时间内,施加电场后反应层更厚。通过热力学分析,生成Ti C和Ti5Si3的化学反应自由能远远小于0,因此该反应在选用的试验条件下能够自发进行。由反应的平衡常数Kθ值可以看出,当反应达到平衡时,生成物的浓度很高,即反应进行的比较完全。
[Abstract]:SiC ceramics have excellent properties such as high temperature resistance, corrosion resistance and strong oxidation resistance. The excellent properties of ceramics and metals can be fully utilized when ceramic / metal composite structural parts are prepared by bonding method. It is of great significance to widen the application of ceramic materials. In this paper, sic / Ti composite members are fabricated by diffusion bonding method, and aiming at the disadvantages of low bonding efficiency and harsh bonding process conditions. In order to optimize the sic / Ti diffusion bonding process, reduce the diffusion bonding temperature and improve the quality of the joints, AC field and pulse electric field are applied in the diffusion bonding process. The influence of alternating current field and pulse electric field on the interfacial reaction of SiC/Ti diffusion bonding was studied by means of SEM-TEMX XRD. The AC voltage has a great influence on the microstructure and mechanical properties of SiC/Ti joint, and the AC voltage value and the connection temperature are also studied. The combination of the two influences the thickness of the reaction layer, The optimum process parameter is 950 鈩，

本文编号：1516880