论文部分内容阅读
SiC作为一种典型的先进高温结构陶瓷材料，Fe-Al金属间化合物（Fe3Al、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-Al金属间化合物高温复合构件在航空航天等领域具有广阔的应用前景。因此，研究SiC材料与Fe-Al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-Al界面固相反应研究的报道。本文着重对SiC／Fe-Al界面固相反应产物的组成与反应区结构、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-Al金属间化合物基复合材料及SiC／Fe-Al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-Al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-Al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SiC／Fe3Al界面固相反应模型。SiC／Fe3Al界面固相反应区由Fe3Si、石墨态C和Fe-Si-Al三元化合物（FeSiAl5及FeSi3Al9）构成。1050℃×10h热处理后，SiC／Fe3Al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128μm的反应区。界面固相反应区由调整的C沉积物区（C-MPZ）和均匀的C沉积物区（R-CPZ）（从SiC侧至Fe3Al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／Fe3Al反应偶界面固相反应极其微弱，SiC／Fe3Al界面具有良好的化学稳定性。经1050℃×20 h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／Fe3Al界面固相反应相比，前者的反应强度要低得多。因为，在SiC／Fe-Al体系中，Al组元含量越高，Fe-Al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／Fe3Al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／Fe3Al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=1．6×10-4exp（-217×103／RT），m2／sFe在反应区中的扩散是SiC／Fe3Al界面固相反应的速率控制步骤。