電場作用下SiC陶瓷與Ti擴散連接工藝及機理研究.pdf

1、SiC陶瓷具有很多優(yōu)良性能,但脆性大、難以加工等缺點限制了它的應用范圍,將SiC陶瓷與金屬連接,能充分發(fā)揮各自的優(yōu)良性能,彌補各自的不足。陶瓷與金屬的連接方法中,擴散連接比較常用,并且擴散連接的接頭穩(wěn)定性好,質(zhì)量較高,耐腐蝕,但連接效率低。因此,本文對SiC與Ti在常規(guī)擴散連接的基礎上進行了電場作用下的擴散連接,以期提高擴散連接效率。本文采用SEM、EDS、XRD、TEM以及剪切性能測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)對接頭質(zhì)量的影響規(guī)律。
　　SiC與Ti擴散連接工藝參數(shù)如溫度、時間、壓力等對擴散連接接頭質(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時可獲得質(zhì)量較好的接頭,其抗剪強度達到了66.4MPa。在此基礎上,通過正交試驗,研究了外加電壓下SiC與Ti的擴散連接,各參數(shù)對接頭連接質(zhì)量影響程度依次為:溫度﹥電壓﹥時間,優(yōu)化的工藝參數(shù)為950℃/1.5h/7.5MPa/4

3、00V,其接頭抗剪強度達到了69.6MPa,實現(xiàn)了在不降低抗剪強度的前提下,降低了連接溫度,縮短了連接時間,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在擴散連接過程中發(fā)生界面反應,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。當金屬接正極,陶瓷接負極時,電場促進界面原子擴散,界面擴散層增厚;而電壓反接時會抑制界面處的擴散。隨著外

4、加電壓的增大,電場的促進和抑制作用越顯著。當溫度較低反應層較薄時,SiC與Ti擴散連接接頭的斷裂發(fā)生在SiC/TiC界面處以及TiC層內(nèi);當反應層較厚時,斷裂發(fā)生在TiC/(Ti5Si3Cx+TiC)界面處以及TiC層內(nèi)。
　　電場對擴散連接各個階段均有貢獻。在界面接觸階段,電壓會使得界面產(chǎn)生極大的鏡像吸附力,使兩個表面結(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;在擴散反應階段,施加電壓會使界面處離子擴散通量