silt3gtnlt4gtnife及其al系金属间化物界面固相反应的研究

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1、Si3N4／Ni(Fe),及其舢系金属间化物界面固相反应的研究摘要Si，N4／Ni(Fe)．A1系金属间化物界面固相反应是Si3N4在高温复合构件及复合材料等应用领域内的一个关键性问题。本研究通过设计SiaN4／Ni、Si3NjFe、Si3NdFe3A1、Si3N4／Ni3～平面界面偶，对Si3N4／Ni、Si3Na／Fe、Si3N4／Fe3A1、Si3N4／Ni3A1界面固相反应开展反应区组成与结构及反应机理等的研究工作，为探讨优化Si3N4／Fe3A1、Si3N4／Ni3A1界面结构和性能的方法，开发Si3N4／Fe3A1、Si3N4／Ni3A1复合构件

2、及复合材料奠定理论基础。本研究针对Si3N4／Fe、Si3N4／Fe3A1、Si3N州i、Si3N4／Ni3A1界面偶进行不同气氛下(Ar和N2)1150℃，10h等温热处理，利用扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等分析仪器研究了界面固相反应层的形貌、成分分布、微结构、相组成等。对界面固相反应过程进行了热力学分析，并对该固相反应机制进行了探讨。在Ar和N2两种不同气氛1150℃，10h等温热处理条件下，Si3NdFe、Si3N4／Ni界面均有明显的固相反应，呈现典型的层状固相反应特征。Si3N4／Fe体系Ar气氛中形成平均

3、厚度约为120pm的反应区，N2气氛中形成平均厚度约为40rtm的反应区。反应区均由Fe(Si)固溶体构成，其中均匀分布着细小的孔隙。Si3N4／Ni体系Ar气氛中形成平均厚度约为251am的反应区，N2气氛中形成平均厚度约为20I_tm的反应区。反应区由Ni3Si构成，其中分布着大量的孔洞。‘在Ar气氛中1150℃，10h等温热处理条件下，Si3N4／Fe3A1、Si3N4／Ni3A1界面发生较微弱的固相反应。Si3N4／Fe3A1只形成约3pm的反应区，反应区由FeAl、Fe(A1，Si)固溶体及三元化合物A19FeSi3构成；Si3N4／Ni3A1只形

4、成2斗m左右的反应区，反应区由NiAl、Ni3Si构成。在N2气氛相同热处理条件下，Si3N4／Fe3A1、Si3N4／Ni3A1界面不发生明显的固相反应。在Si3N4／Fe3A1界面可以观察到Si、Fe元素之间的扩散，但是扩散程度较小，不足于形成固相反应区：Si3N4／Ni3Al界面平直整齐，无Si、Ni元素的相互扩散。Si3NdFe3AI、Si3N4／Ni3A1具有比Si3NdFe、Si3N4／Ni高得多的界面化学相容性。主要原因是Fe3烈、Ni3Al中Fe、Ni的反应活性因为Al元素的存在较纯Fe、Ni显著减小，导致Si3N4／Fe3A1、Si3N4／

5、Ni3A1界面固相反应强度明显降低。且Si3N4／Ni3A1的化学相容性要大于Si3N4／Fe3A1。．在Si3N4／Fe、Si3N4／Ni、Si3N4／Fe3A1、Si3N4／Ni3A1四种体系在N2气氛下的反应活性均小于在心气氛下的反应活性。这可能是由于N2在反应体系中的分压作用，抑制了Si3N4的分解j从而抑制了界面固相反应的进行。关键词：氮化硅；铁三铝；镍三铝；界面固相反应；显微结构；相组成；反应机制InterfacialSolidStateReactionsoftheSi3N4／Ni(Fe)andTheirAluminidesSystemsAbst

6、ractTheinterfacialsolidstatereactionsoftheSi3N4／Ni(Fe)andtheiraluminidessystemsaretheacuteproblemsinusingSi3N4tofabricatingforhigh—temperaturestructuralceramics，metalmatrixcomposites，andetc．Inthispaper，studiesontheSi3N4／Ni，Si3N4／Fe，Si3N4／Fe3AlandSi3N4／Ni3Alplane—interfacereactionsw

7、eredonetorevealthemicrostructures，phasesandelementaldistributionsofthesolidstatereactionzonesofthesecouples，andthereactionmechanismswerealsoinvestigated．ThestudiesareimportanttheoretiallyforfabricatingSi3N4／Fe3A1andSi3N4／Ni3AIcomplexcomponentsandcomposites．AftertheSi3N4／Fe，Si3N4／Fe

8、3Al，Si3N4fNiandSi3N4／'Ni3A