Si-%2c3-N-%2c4-%2fIncone1600部分液相扩散连接研究.pdf

山东大学博士学位论文
摘要
为在较低连接温度下获得高温稳定性好的接头,本文开发
了基于非对称中间层的部分液相扩散连接
新技术,系统研究了接头的力学行为、组织结构、界
面反应。
通过试验设计了适合连接的非对称中层。在连
接温度为,连接时间为,连接压力为,冷却速度为
的工艺下,采用真空扩散连接设备,获得了以金属间化合物为强化相,无
限互溶的二元合金为基的耐高温接头。
详细研究了金属层厚度、连接温度、连接压力、连接时间和冷
却速对接头连接性的影响,试验结果表明,和金属层的厚度直接影
响接头的组织、性能和应力状态,最佳厚度分别是。
。连接温度影响界面反应和元素扩散速度以及接头的组织和力学性
能连接压力影响固相与固相的接触面积、活性液态金属在陶瓷表面的铺展、反
应层的厚度以及接头中液体金属的量连接时间影响层的熔化量、接头的冶
金反应和反应层的厚度连接温度、连接压力和连接时间分别与接头剪切强度呈
抛物线关系。冷却速度影响应变速率,从而影响界面处的应力和接头的强度,随
冷却速度的增加接头剪切强度线性下降。综合表明,在最佳连接工艺和最佳
和金属层厚度下,接头最高剪切强度达到,为陶瓷剪切强
度的
本文全面地研究了接头相的形成、结构及分布,
重点讨论了中间层的界面反应机制。研究发现界面反应分两个阶段进行
第一阶段,在靠近侧形成低于熔点的包晶首先熔化并迅速包围
向液态中扩散溶解形成液态合金,液态合金与反应形
成由和组成的反应层。第二阶段,全部烙化,向液态金属中扩
散溶解,形成液态合金,液态合金中的向界面扩散并与
之反应形成由和组成的反应层。液态合金中的部分也迅速
扩散到富位置,并和反应形成金属间化合物包围在的周围。
通过对中间层界面反应的热力学和动力学的研究,发现是先和
摘要
二二二二二一二二二二一二二二二二一二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二竺竺竺竺二二二二二巴二二
反应生成和再和反应生成
反应层的生长呈抛物线规律,激活能为
接头中应力分布不均匀,在中间层界面应力分布复
杂、梯度大,特别是中间层界面应力梯度最大。接头最大拉应力出现在近
界面的陶瓷侧表面,最大剪应力出现在陶瓷中间层界面和陶瓷侧表面交叉位置。
接头中的残余热应力随层厚度的增加,先降低后增加,厚度为时,
接头中的残余应力最低。连接压力对接头中残余热应力的影响小,当连接压力从
增加到时,接头中的最大拉应力只降低了。随着连接压力
的增加,残余应力缓慢下降。冷却速度对残余应力的影响大,冷却速度增加,接
头残余应力快速增加。
通过对裂纹扩展途径的分析,接头的断裂可分为界面断
裂、混合断裂和反应层断裂三种。反应层断裂的接头强度最高。当连接工艺适当,
陶瓷本身性能稳定时,随着接头中残余热应力的减小,界面结合强度的提高,接
头断裂从界面断裂向混合型断裂和反应层断裂转变。
关键词陶瓷,高温合金,中层
山东大学博士学位论文
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论文作者签名杨掀导师签名期昭拟
第章绪论
第章绪论
在人类社会发展的文明史中,材料代表了当时社会生产力和科学技术所处的
水平,起着划时代的里程碑作用。新型材料、信息技术和生物技术被认为是当代
新技术革命的主要标志。当前发展的新材料根据其使用性能大致可分为功能材
料和结构材料两类,功能材料是当代信息社会的重要物质基础,对发展高新技术
起着重要作用。结构材料为能源、太空和海洋的开发、交通运输以及冶金化工等
工业的发展提供了前提条件。
现代技术的发展,要求材料能在各种苛刻的环境下可靠地工作。在工程结构
材料中,现有的金属材料虽然在室温强度、延展性、导电性和导热性等方面具有
优良的特性,但它的耐高温、耐腐蚀,耐磨损等性能己不能满足日趋提高的需求。
例如,高温合金,尽管对其进行的研究开发取得了重大的进展,使用温度