基于高温应用的间隙碳化物陶瓷活性扩散连接方法及机理研究

In order to meet the requirements of ultra-temperature interstitial carbide joints for high application temperature and low residual stress, this project puts forward to a kind of active diffusion bonding method to obtain the joints with high heat resistance, oxidation resistance, low stress and high reliability. The joints and interstitial carbides have almost the same composition. The interstitial carbide interfaces are activated, and the diffusion activation energy decrease with the increase of carbon vacancy, which are utilized to realize the low temperature diffusion bonding of interstitial carbides. Based on the research of interface evolution mechanism, reaction kinetics process, transitional element and C vacancy diffusion behavior, mechanical properties and high temperature damage mechanism, the joint formation and high resistance mechanism will be revealed. All of the above researches will explore new ideas and lay the theoretical foundation for the joining of ultra-temperature interstitial carbides.

针对超高温间隙碳化物陶瓷对接头耐热性以及残余热应力的控制要求，本研究提出了在较低温度下获得耐高温、抗氧化、低应力、高可靠连接接头的活性扩散连接方法。通过活化间隙碳化物连接界面增加其界面C缺位浓度从而降低碳化物的扩散激活能，最终实现间隙碳化物陶瓷的低温连接，并形成具有与母材成分相近的接头。通过对接头界面组织演化机理、反应动力学过程，界面层过渡元素及C缺位的扩散行为、接头综合力学行为以及高温损伤机理的研究揭示活性扩散连接间隙碳化物陶瓷接头形成机制以及耐高温机理，为耐高温间隙碳化物陶瓷材料连接开拓新思路和奠定理论基础。

本项目针对超高温间隙碳化物陶瓷对接头耐热性以及残余热应力的控制要求，利用间隙碳化物非化学计量构成及高C缺位的碳化物具有较低扩散激活能的特点，通过活性扩散的方式低温连接间隙碳化物陶瓷，获得了具有与母材成分相近的匀质固溶接头，充分克服了传统陶瓷连接接头应力大、强度低、耐热性能不足的缺点。通过研究不同接头的界面组织演化机理、 优化了扩散连接工艺，揭示了活性扩散连接间隙碳化物陶瓷接头的形成机制以及影响因素，并确定了可以与母材形成匀质固溶接头的过渡金属种类；通过分析界面金属元素及C 原子的扩散行为，开展了界面元素反应动力学过程研究，确定了碳缺位对接头元素扩散和界面反应的促进作用，揭示了形成匀质固溶接头的必要条件； 开展了接头综合力学行为的研究，建立了连接工艺参量、接头微观组织构成及接头力学性能的对应关系，揭示了活性扩散连接间隙碳化物陶瓷接头性能提高的机理。本课题的研究为耐高温间隙碳化物陶瓷材料连接开拓新思路和奠定理论基础。