陶瓷与金属的连接技术(上册)

本书针对近年来轻质高强结构陶瓷及其复合材料（SiC、Si02、Al2O3、ZrO、TiC/Ni复合材料、C/C复合材料、C/SiC复合材料等）与金属连接的应用需求，分析了陶瓷和金属连接的主要问题，阐明了几种陶瓷及其复合材料和金属连接的润湿铺展、界面反应、生成化合物的种类、反应层的成长规律、影响接头力学性能的主要因素，研发了适合陶瓷和金属连接的中间层材料（钎料），优化了连接工艺，并给出了应用实例。

   前言

第1章陶瓷与金属连接的基础问题1

1.1陶瓷与金属连接界面的润湿2

1.1.1钎料及中间层选择2

1.1.2母材表面处理状态及对润湿的影响5

1.1.3合金成分对润湿的影响11

1.2陶瓷与金属连接接头的界面反应15

1.2.1界面反应产物15

1.2.2界面反应的热力学计算21

1.2.3陶瓷和金属的扩散路径24

1.3陶瓷与金属连接接头的热应力27

1.3.1热应力的产生及影响因素27

1.3.2陶瓷和金属连接接头的热应力控制29

1.3.3陶瓷和金属连接接头的强度32

参考文献39

第2章SiC与Ti及其合金的连接49

2.1SiC与Ti的连接49

2.1.1SiC/Ti接头的界面组织50

2.1.2反应相的形成条件与扩散路径58

2.1.3反应相的形成机理59

2.1.4反应相成长的动力学63

2.1.5接头的力学性能67

2.2SiC与Ti-Co合金的连接73

2.2.1SiC/Ti-Co接头的界面组织74

2.2.2Ti含量对接头抗剪强度的影响76

2.2.3连接时间对接头强度的影响77

2.2.4连接温度对接头强度的影响77

2.3SiC与Ti-Fe合金的连接78

2.3.1界面组织分析78

2.3.2Ti含量对接头强度的影响80

2.3.3连接时间对接头强度的影响80

2.3.4接头的高温强度81

2.4SiC与TiAl合金的连接81

2.4.1SiC/TiAl接头的界面组织82

2.4.2SiC/TiAl界面反应相的形成过程86

2.4.3界面反应层的成长规律88

2.4.4连接工艺参数对接头性能的影响90

参考文献93

第3章SiC与Cr及其合金的连接96

3.1SiC与Cr的连接96

3.1.1SiC/Cr扩散连接的界面组织96

3.1.2SiC/Cr界面反应相的形成及扩散路径104

3.1.3界面反应相的形成机理106

3.1.4反应相成长的动力学108

3.1.5接头的力学性能113

3.2SiC与Ni-Cr合金的连接116

3.2.1界面组织117

3.2.2反应相形成及扩散路径120

3.2.3界面反应层的成长121

3.2.4合金成分对组织的影响123

参考文献124

第4章SiC与Nb、Ta的连接126

4.1SiC与Nb的连接126

4.1.1SiC/Nb接头的界面组织127

4.1.2SiC/Nb的扩散路径134

4.1.3反应相的形成机理137

4.1.4反应相成长的动力学140

4.1.5接头的力学性能143

4.2SiC与Ta的连接146

4.2.1SiC/Ta接头的界面组织146

4.2.2反应相的形成机理149

4.2.3反应相的形成及成长151

4.2.4界面组织对接头强度的影响153

参考文献155

第5章TiC金属陶瓷与钢的钎焊157

5.1TiC金属陶瓷/45钢钎焊接头的界面结构158

5.1.1界面组织形态及反应产物158

5.1.2钎焊工艺参数对界面结构的影响161

5.1.3钎焊界面的机理研究165

5.2TiC金属陶瓷/45钢钎焊接头的力学性能169

5.2.1接头抗剪强度及其影响因素170

5.2.2接头的断裂部位分析173

5.3TiC金属陶瓷/45钢界面反应层的成长行为178

5.3.1(Cu，Ni)+(Fe，Ni)扩散层成长的动力学方程179

5.3.2TiC金属陶瓷侧(Cu，Ni)凝固层成长的动力学方程183

5.3.3TiC金属陶瓷/45钢钎焊接头界面反应层的成长行为186

5.4TiC金属陶瓷/45钢真空钎焊中Zn挥发增强钎料润湿性192

5.4.1Zn挥发增强钎料对陶瓷的润湿性193

5.4.2TiC金属陶瓷/AgCuZn/45钢的氩气保护钎焊199

参考文献202

第6章TiC金属陶瓷与TiAl合金的自蔓延反应辅助连接205

6.1自蔓延反应辅助连接中间层优化设计206

6.1.1粉末中间层的优选206

6.1.2粉末中间层的反应机理211

6.1.3多层膜中间层的优选与反应特性214

6.2采用粉末中间层连接TiC金属陶瓷与TiAl合金219

6.2.1界面组织分析219

6.2.2工艺参数对接头界面组织的影响223

6.2.3连接接头力学性能分析230

6.3采用Al/Ni多层膜连接TiC金属陶瓷与TiAl合金232

6.3.1界面组织分析232

6.3.2纳米级Al/Ni多层膜的制备235

6.3.3工艺参数对接头界面组织的影响238

6.3.4连接接头力学性能分析241

6.3.5连接过程温度场分析242

参考文献244

第7章Si3N4陶瓷与TiAl合金的钎焊245

7.1Si3N4/AgCu/TiAl钎料接头界面组织与性能245

7.1.1Si3N4/AgCu/TiAl钎焊接头界面组织分析247

7.1.2工艺参数对Si3N4/AgCu/TiAl接头界面组织结构的影响250

7.1.3Si3N4/AgCu/TiAl钎焊接头组织演化及连接机理253

7.1.4工艺参数对Si3N4/AgCu/TiAl接头抗剪强度的影响259

7.2复合钎料开发及钎焊接头组织和性能261

7.2.1复合钎料的成分及性能261

7.2.2Si3N4/AgCuTic/TiAl钎焊接头界面组织分析263

7.2.3工艺参数对Si3N4/AgCuTic/TiAl接头界面组织的影响265

7.2.4Si3N4/AgCuTic/TiAl钎焊接头组织演化及连接机理269

7.2.5工艺参数对TiAl/AgCuTic/Si3N4接头性能的影响274

7.3Si3N4/AgCuTic/TiAl接头残余应力277

7.3.1钎焊接头有限元模型网格划分与边界条件277

7.3.2钎焊接头残余应力有限元分析279

参考文献282

第8章Ti3AlC2陶瓷与TiAl合金的扩散连接284

8.1Ti3AlC2陶瓷与TiAl合金的直接扩散连接284

8.1.1Ti3AlC2陶瓷和TiAl合金的焊接性分析284

8.1.2Ti3AlC2/TiAl接头界面组织分析287

8.1.3工艺参数对Ti3AlC2/TiAl接头界面组织的影响288

8.1.4工艺参数对Ti3AlC2/TiAl接头力学性能的影响290

8.1.5Ti3AlC2/TiAl接头断口分析292

8.1.6Ti3AlC2/Ti3AlC2直接扩散连接293

8.2Zr/Ni复合中间层液相扩散连接Ti3AlC2陶瓷和TiAl合金293

8.2.1Ni箔中间层扩散连接Ti3AlC2陶瓷和TiAl合金294

8.2.2Zr/Ni复合中间层液相扩散连接Ti3AlC2陶瓷和TiAl合金296

8.3Ti/Ni复合中间层固相扩散连接Ti3AlC2陶瓷和TiAl合金304

8.3.1Ti3AlC2/Ni/Ti/TiAl扩散连接接头界面组织分析304

8.3.2工艺参数对Ti3AlC2/Ni/Ti/TiAl接头界面组织的影响308

8.3.3工艺参数对Ti3AlC2/Ni/Ti/TiAl接头力学性能的影响315

8.3.4Ti3AlC2/Ni/Ti/TiAl接头断口分析317

8.3.5Ti3AlC2/Ni/Ti/TiAl界面反应机制321

参考文献325