sicfeal金属间化合物界面固相反应的研究

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1、SiC／Fe．Al界面固相反应的研究摘要SiC作为一种典型的先进高温结构陶瓷材料，Fe．趟金属间化合物(Fe3A1、FeAl)具有比普通陶瓷材料高的韧性、可靠性及可加工性能，SiC增强Fe．Al金属间化合物基复合材料及SiC／Fe—A1金属间化合物高温复合构件在航空航天等领域具有广阏的应用前景。因此，研究SiC材料与Fe．趟金属间化合物间的界面固相反应不仅具有重要的科学意义，而且具有大的工程应用价值。至今，国内外还没有系统关于SiC／Fe．A1界面固相反应研究的报道。本文着重对SiC／Fe-AI界面固相反应产物的组成与反应

2、区结构、反应动力学及反应的微观机制等基础性问题开展研究，为SiC增强Fe．A1金属间化合物基复合材料及SiC／Fe．A1金属间化合物高温复合构件的研究开发奠定基础。本文针对SiC／Fe．A1平面界面反应偶，研究其在不同热处理温度、时间下的热处理界面固相反应过程。利用扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)、x射线衍射仪(XRD)等分析仪器研究了不同热处理状态下SiC／Fe．A1界面固相反应层的形貌、微结构及相组成等，研究了热处理工艺参数对反应过程的影响；最后，对热处理过程中反应层成长的动力学过程进行了探讨，建立了Si

3、C／Fe3AI界面固相反应模型。SiC／Fe3A1界面固相反应区由Fe3Si、石墨态C和Fe-Si—A1三元化合物(FeSiAl5及FeSi3A19)构成。1050℃×1Oh热处理后，SiC／Fe3AI界面固相反应明显，呈现典型的层状固相反应特征，形成平均厚度约为1289m的反应区。界面固相反应区由调整的C沉积物区(C．御Z)和均匀的C沉积物区(R．cpz)(从SiC侧至Fe3砧侧)构成。调整的C沉积物区的形成归因于SiC的不连续分解。由于在1000℃以下SiC／Fe3AI反应偶界面固相反应极其微弱，SiC／Fe3A1界面

4、具有良好的化学稳定性。经1050℃x20h热处理的SiC／FeAl间大约形成几微米厚度的反应区，与相同热处理条件下的SiC／Fe3A1界面固相反应相比，前者的反应强度要低得多。因为，在SiC／Fe．A1体系中，Al组元含量越高，Fe—A1的反应活度越低，对该反应的抑制作用越强，反应区厚度越小。建立了SiC／Fe3A1界面固相反应的模型，并探讨了反应区生长的动力学特征。结果表明，SiC／Fe3AI界面固相反应遵守抛物线型反应动力学，为一个扩散控制的反应过程，反应动力学方程为：K=I．6x10一exp(．217x103／RT)

5、，m2／sFe在反应区中的扩散是SiC／Fe3AI界面固相反应的速率控制步骤。关键词：碳化硅；Fe．Al金属问化合物；界面固相反应；显微结构；反应动力学StudiesontheInterfacialSolidStateReactionofSiC／Fe—AIIntermetallicCompoundsAbstractItiswellknownthatSiCisthetypicalhi曲temperaturestructuralceramicmaterial，andFe·A1intermetalliccompounds(Fe3

6、AI，FeAl)ownhighertoughness，reliabilityandmachinabilitythanmostofceramics．TheSiC／Fe．A1intermetalliccompoundcomplexesandtheSiC／Fe-A1intermetalliccompoundcompositeshavegreatpotentialapplicationsintheaeronauticandastronauticareas．Studyontheintherfacialsolidstatereacti

7、onsbetweenSiCandtheFe—AIintermetalliccompoundsisimportanttheoreticallyandpractically,however,itisnotsystematicallyreportedSOfar,totheauthor’Sknowledge．Inthecurrentstudy,theinterracialsolidstatereactionsofSiC／Fe—A1intermetalliccompoundswereinvestigated，especiallyon

8、thephasecompositionsandmicrostructuresofthereactionzones，thereactionkineticsandthereactionmechanisms．Theconclusionsarebelievedtoprovidevaluabledataforth