本發(fā)明屬于陶瓷與金屬連接技術領域，具體涉及一種三元層狀陶瓷鈦硅化碳與金屬鎳的擴散連接方法。

背景技術：
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Ti₃SiC₂是一種新型的三元層狀陶瓷材料。美國陶瓷學會會刊(Journal of the American Ceramic Society 79,1953(1996))中研究表明它綜合了陶瓷和金屬的諸多優(yōu)點，具有低密度、高模量、高強度、高的電導率和熱導率以及易加工等特點，因而Ti₃SiC₂陶瓷是很有希望應用在航空、航天、核工業(yè)和電子信息等高技術領域的一種新型結構/功能一體化材料，尤其適合作為高溫結構材料。雖然對Ti₃SiC₂陶瓷的合成和性能進行廣泛深入地研究，但是由于不能合成大尺寸的塊體材料或構件，使其在實際應用受到限制。陶瓷連接的重要作用之一是提供一種低成本制造形狀復雜的部件方法，同時可以提高陶瓷結構的可靠性，并可用于破損陶瓷件的修復。因而，研究Ti₃SiC₂陶瓷的連接不僅具有重要的理論意義，而且具有很高的實用價值。目前為止，有關連接Ti₃SiC₂陶瓷的研究很少。在材料研究學報(Journal of Materials Research 17,52(2002))中研究了Ti₃SiC₂陶瓷與Ti6Al4V的擴散連接。他們連接得到的接頭彎曲強度為100MPa，是Ti₃SiC₂陶瓷彎曲強度的四分之一。

技術實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明目的在于提供一種高效、節(jié)能的三元層狀陶瓷鈦硅化碳與金屬鎳的擴散連接方法，該方法能夠獲得性能優(yōu)異的連接接頭。

本發(fā)明所提供的一種三元層狀陶瓷鈦硅化碳與金屬鎳的擴散連接方法，該擴散連接方法具體步驟如下：

(1)將三元層狀陶瓷Ti₃SiC₂與金屬鎳進行表面處理，然后將所述三元層狀陶瓷Ti₃SiC₂與所述金屬鎳進行研磨、拋光及超聲清洗；然后將處理好的所述三元層狀陶瓷Ti₃SiC₂與所述金屬鎳安裝在熱壓爐中，并將所述熱壓爐抽真空。

(2)當所述熱壓爐中的真空度達到5×10^-2Pa時開始加熱，在溫度800～1100℃、壓力6～20MPa下恒壓保溫10～90min，使所述三元層狀陶瓷Ti₃SiC₂與所述金屬鎳進行擴散連接。

(3)所述擴散連接完成后，在原真空條件下使所述熱壓爐降溫至200℃，然后撤壓。

所述步驟(2)中，以2～5MPa/min的加載速率加壓至6～20MPa。

所述步驟(3)中，以5℃/min的降溫速率緩慢降溫至400℃，然后以10℃/min速率降溫至200℃。

利用本發(fā)明方法得到的擴散焊接接頭性能好，其剪切強度與Ti₃SiC₂陶瓷的剪切強度接近，可以滿足實際應用的需要。本發(fā)明中提到的壓力是指單向壓力，加載方向垂直于連接表面。采用本發(fā)明獲得的接頭具有良好的力學性能，連接溫度低。利用本發(fā)明提供的方法，連接后界面生成連續(xù)的反應層，沒有裂紋、氣孔等焊接缺陷。在最佳工藝條件下，接頭剪切強度可達到121MPa，接近母材Ti₃SiC₂陶瓷的剪切強度，可以滿足實際應用的需要，從而擴大了Ti₃SiC₂陶瓷的應用范圍。

附圖說明：

圖1為Ti₃SiC₂/Ni試樣在連接后界面背散射電子像照片。

圖2為連接后接頭不同區(qū)域的X射線衍射譜。

具體實施方式：

實施例1：將Ti₃SiC₂陶瓷和金屬鎳進行表面處理，Ti₃SiC₂陶瓷和金屬鎳經研磨、拋光、超聲清洗。然后將處理好的Ti₃SiC₂陶瓷和金屬鎳安裝在熱壓爐中并抽真空；當真空度達到5×10^-2Pa時開始加熱。在溫度為800℃、壓力為10MPa，恒壓保溫90min，擴散連接Ni和Ti₃SiC₂陶瓷。加載速率5MPa/min。連接結束后，在原真空條件下使熱壓爐緩慢降溫，先是以5℃/min速率降至400℃，再以10℃/min速率降溫到200℃，然后停止抽真空、撤壓。用掃描電鏡觀察連接后界面微觀形貌，界面連接良好，沒有氣孔、裂紋或殘余焊接線存在。

實施例2：將Ti₃SiC₂陶瓷和金屬鎳進行表面處理，Ti₃SiC₂陶瓷和金屬鎳經研磨、拋光、超聲清洗。然后將處理好的Ti₃SiC₂陶瓷和金屬鎳安裝在熱壓爐中并抽真空；當真空度達到5×10^-2Pa時開始加熱。在溫度為900℃、壓力為20MPa，恒壓保溫30min，擴散連接Ni和Ti₃SiC₂陶瓷。加載速率5MPa/min。連接結束后，在原真空條件下使熱壓爐緩慢降溫，先是以5℃/min速率降至400℃，再以10℃/min速率降溫到200℃，然后停止抽真空、撤壓。用掃描電鏡觀察連接后界面微觀形貌，界面連接良好，沒有氣孔、裂紋或殘余焊接線存在。接頭剪切強度為103MPa。

實施例3：將試件進行表面處理，Ti₃SiC₂陶瓷和金屬鎳經研磨、拋光、超聲清洗。然后將處理好的焊件安裝在熱壓爐中并抽真空；當真空度達到5×10^-2Pa時開始加熱。在溫度為1000℃、壓力為20MPa，恒壓保溫10min，擴散連接Ni和Ti₃SiC₂陶瓷。加載速率5MPa/min。連接結束后，在原真空條件下使熱壓爐緩慢降溫，先是以5℃/min速率降至400℃，再以10℃/min速率降溫到200℃，然后停止抽真空、撤壓。用掃描電鏡觀察連接后界面微觀形貌，界面連接良好，沒有氣孔、裂紋或殘余焊接線存在。接頭剪切強度達到121MPa。

實施例4：將Ti₃SiC₂陶瓷和金屬鎳進行表面處理，Ti₃SiC₂陶瓷和金屬鎳經研磨、拋光、超聲清洗。然后將處理好的Ti₃SiC₂陶瓷和金屬鎳安裝在熱壓爐中并抽真空；當真空度達到5×10^-2Pa時開始加熱。在溫度為1100℃、壓力為6MPa，恒壓保溫10min，擴散連接Ni和Ti₃SiC₂陶瓷。加載速率2MPa/min。連接結束后，在原真空條件下使熱壓爐緩慢降溫，先是以5℃/min速率降至400℃，再以10℃/min速率降溫到200℃，然后停止抽真空、撤壓。用掃描電鏡觀察連接后界面微觀形貌，界面連接良好，沒有氣孔、裂紋或殘余焊接線存在。

圖1為Ti₃SiC₂/Ni試樣在1000℃、30min、10MPa連接后界面背散射電子像照片。由圖可見界面生成兩層連續(xù)的反應相，界面成型良好，沒有氣孔、裂紋和殘余焊接線的存在。圖2為連接后對應圖1中界面不同區(qū)域的X射線衍射譜，可見連接后接頭相組成依次為Ni/Ni₃₁Si₁₂+Ni₁₆Ti₆Si₇+TiC_x/Ti₃SiC₂+Ti₂Ni+TiC_x/Ti₃SiC₂。

由實施例1、實施例2、實施例3和實施例4可見，擴散連接技術是一種有效的連接Ti₃SiC₂陶瓷與金屬鎳，并能獲得優(yōu)質接頭的一種連接方法。