sicnial界面固相反应的研究

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1、SiC／Ni-A1界面固相反应的研究摘要sic／金属界面固相反应是SiC在高温结构陶瓷、金属基复合材料等领域内应用的一个关键性问题。本研究针对SiC／Ni．Al(NiAl、Ni3A1)平面界面偶，较全面深入地研究了SiC／Ni-A1界面固相反应过程。研究成果有助于今后在此基础上探讨有效抑制SiC／Ni-A1界面固相反应，改善SiC／Ni—A1界面结构和性能的方法，为SiC增强Ni-A1基复合材料及SiC／Ni-A1基合金高温复合构件的研究开发奠定基础。对SiC／Ni—A1平面界面偶进行1000-1100℃，5一15h的等温处理，采用扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)、x射线衍

2、射仪(XRD)等分析研究了SiC／Ni．A1界面固相反应区的成分分布、相组成及显微结构特征，以及热处理温度、时间的影响。讨论了SiC／Ni3A1界面固相反应热力学，建立了SiC／Ni3A1界面固相反应动力学方程，讨论反应的微观机制。经1000℃X5h热处理后，SiC／Ni3A1界面固相反应区厚度为16¨m，由Ni5．4A1Si2、C、和Ni2Si构成；而经1100"C×5h热处理后的SiC／Ni3A1界面固相反应产物为Ni5．4A1Si2、C、和NiAl。反应区由形貌完全不同的两个亚层构成：靠近sic／反应区界面的亚层主要由Ni5．4A1Si2构成，细片状或颗粒状的石墨态C随机地分布其中

3、，厚度为37．8№，称为随机C沉积区(randomcarbonprecipitationzone，R-CPZ)；而靠近Ni3A1／反应区界面的亚层主要由Ni5．4AISi2及NiAl构成，不含有石墨态C，反应区致密、明亮，厚度为23．7帅，称为无C沉积区(carbonpreciPitationfreezone，C-FEZ)。对反应产物的形成进行了热力学计算分析，并建立了SiC／Ni，Al界面固相反应模型。SiC／Ni。A1界面固相反应遵守抛物线型的反应动力学机制，为一个扩散控制的反应过程。反应动力学方程为：K=I．9xlO。3exp(-213x103／RT)，m2／s。SiC／Ni3A1

4、界面固相反应受Ni在Ni5．4AlSi2的晶格扩散和晶界扩散过程混合控制。SiC／NiAl复合界面具有比SiC／Ni3A1复合界面高得多的化学稳定性，SiC／NiAl界面固相反应在实验条件下没有发生。关键词：SiC，Ni．A1金属间化合物(NiAl，Ni3A1)，平面界面反应偶，界面固相反应，反应动力学IVInterfacialSolidStateReactionsoftheSiC／Ni-AISystemsAbstractTheinterfacialsolidstatereactionbetweenSiCandvariousmetalsiSoneoftheacuteproblems，wh

5、enSiCisusedinfabricatingforhigh-temperaturestructuralceramicsandmetalmatrixcomposites，etc．Inthisstudy，anall-aroundresearchaimmingattheSiC／Ni-A1(NiAl，Ni3A1)interfacialsolidstatereactionshasbeendonetorevealthephenomenaandregularitiesinthereations．TheyaretheessentialpointsforfabricatingandusingtheSi

6、CreinforcedNi-A1matrixcompositesandtheSiC／Ni—A1alloyhigh-temprecturecomplexes．AftertheSiC／Ni—A1plane—interfacecouplesannealedrangefrom1OOO℃to1100℃fortimesfrom5to15hours．thereactionzonesweredetectedusingscaningelectronmicroscope(SEM)，energydispersespectroscopyanalyzer(EDS)andX—raydiffractionanalyz

7、er(XRD)．Thestudiesmainlyfocusonthemorphologies，themicrostructuresandtheelementaldistributionsofthereactionzone．Theeffectsoftheannealingtemperatureandtimeonthemwerealsoinvestigated．Meanwhile，thethermodynamicandkinetican