電場輔助激活功能陶瓷與金屬擴散連接的界面結構及力學性能.pdf

1、電場激活壓力輔助燃燒合成(Field-Activated and Pressure-Assisted Synthesis，F(xiàn)APAS)是在多物理場耦合條件下的新材料合成新技術。由于其具有溫度高、合成速度快、產(chǎn)品純度高和高效等特點，現(xiàn)已發(fā)展成為一種用于耐高溫納米塊體材料合成的關鍵技術之一。對于FAPAS制備的各種新型材料界面結構和材料性能的研究將有利于促進FAPAS技術的發(fā)展和產(chǎn)品設計開發(fā)。
　　 本研究運用FAPAS技術，分別對

2、Ti/TiAl接頭和TiC-TiB2+Ni／TiAI／Ti梯度功能材料(functionally Gradient Materials，F(xiàn)GMs)進行了擴散連接。采用掃描電子顯微鏡、元素能譜儀、X射線衍射儀等設各對梯度材料各層的界面形貌，物相組成及界面元素分布進行了測試分析。采用剪切法、冷淬法、壓痕法和三點彎曲試驗機分析了合成材料的力學性能。采用ANSYS非線性有限元分析軟件，分析了連接材料冷卻過程中的應力分布，研究了連接材料在冷卻過程

3、中的變形形狀、界面應力和應變分布的規(guī)律。
　　 擴散連接材料界面結構分析結果表明，Ti-TiAI連接界面形成了Ti(ss．AI)和(Ti3A1+TiAl)兩區(qū)組成的界面擴散溶解層，合成的TiC-TiB2+Ni金屬基陶瓷反應充分、組織致密，同金屬間化合物層連接良好，連接界面的擴散過渡層與兩側的化學元素呈梯度分布。
　　 擴散連接材料的連接強度隨施加電流的增加而增大，合成的金屬陶瓷具有較高的斷裂韌性，材料的連接界面具有較強的

4、抗剝離性能和抗剪切強度，金屬陶瓷層的斷裂韌性平均值為9.696±0.42MPa·m1/2，界面最大剪切強度85.88MPa，體現(xiàn)出較好的工程應用價值。
　　 ANSYS有限元分析結果表明，連接材料冷卻過程中由于熱膨脹系數(shù)的差異產(chǎn)生了殘余應力和變形，合成材料在冷卻后在厚度方向發(fā)生翹曲，最大等效應力和最大剪應力均發(fā)生在連接材料的過渡層上，從而使該部位成為擴散連接接頭的薄弱部位，Ti-TiAl連接接頭的等效應力為9.24MPa，TiC