从最初的电子领域到如今航空发动机热障涂层上的运用,金属-陶瓷连接得到了广泛的应用。热障涂层所处的工作环境除却高速旋转和高温,还可能会受到外部冲击,因此有必要对金属-陶瓷连接的动态力学性能和失效机理进行研究。近年来国内外学者已经提出了多种方法实现金属-陶瓷连接,研究重点主要集中在连接工艺参数上,由于实际应用时金属-陶瓷结构会处在极端环境下,其连接的力学行为越来越受到研究者和使用者的关注,而目前对力学性能特别是动态力学性能及破坏机理的研究相对较少。金属-陶瓷接头最薄弱的环节一般都位于连接的界面,因此,对金属-陶瓷连接界面在不同应变率下的力学性能及失效机理的探究显得尤为重要。本研究旨在探索不同应变率加载下,金属-陶瓷界面的力学性能、微观损伤和失效机理。首先针对金属-陶瓷界面的承力的特点,设计一套恒弯矩新型动态加载装置;进而根据本文所选择的金属-陶瓷连接方法,借助改进后的Hopkinson杆,对金属-陶瓷界面在不同应变率下的抗弯/抗剪力学性能进行了研究。基于金属-陶瓷连接的原理和界面微观结构,分析并探讨金属-陶瓷连接界面在不同工况下的损伤和失效机理。本文的主要成果如下:(1)由于金属-陶瓷连接界面强度低且破坏应变小,在采用传统Hopkinson杆进行测试时,存在采集信号弱、难以识别的问题,因此,本文改进了传统Hopkinson杆,并设计了全空心铝合金Hopkinson杆装置。与传统装置相比,改进后的实验装置可以将应变采集信号放大9倍。此举保证了试验的可行性和所得数据的可靠性,解决了试验测试的难题。(2)为研究金属-陶瓷连接的原理,在制备工艺方面,通过在传统的Mo-Mn法中添加玻璃相,成功实现A95铝陶瓷的金属化。并使用AgCu28焊料将陶瓷与可伐合金有效地焊接在一起。通过扫描电镜和能谱仪对其微观结构进行了表征与分析。研究表明:金属与焊料通过扩散和晶间渗透实现连接;焊料与被镀镍的金属化带通过扩散连接;金属化带和陶瓷通过玻璃相的互相迁移实现连接。(3)为探讨金属-陶瓷连接界面的抗弯力学性能及其失效机理,针对三点弯曲测试方法无法准确测试其抗弯性能的现状,设计了四点弯曲测试方法。并通过数字图像相关技术(DIC)验证了改良后测试方法的有效性。测试和分析结果表明金属-陶瓷界面的静/动态抗弯性能分别约为150MPa和115MPa。断口微观分析发现,裂纹均始于陶瓷,随后在金属化带中扩展直至试样破坏。在静态下,金属-陶瓷界面的破坏主要是由陶瓷的沿晶/穿晶裂纹引起的,而动态下陶瓷的破坏则主要是由于沿晶导致的。另外随着应变率的增加,断口上粘附陶瓷的位置出现了更多的孔穴,这也导致了金属-陶瓷界面动态抗弯强度低于静态抗弯强度。(4)针对常规的剪切试验含有难以估量的弯矩,难以得到准确的试验数据的问题,设计了新的试验测试方法。采用反对称四点弯曲的加载方法测试金属-陶瓷连接界面的抗剪性能。该方法不仅能大大的减少弯矩对剪切的影响还可以通过DIC大技术估算弯矩对剪切的影响。研究结果表明金属-陶瓷连接界面的静/动态抗剪性能分别约为38MPa和40MPa。裂纹扩展路径均是由焊料扩展至陶瓷,并导致最终失效。静态与动态断口的最大区别是在动态断口发现了陶瓷的绝热剪切带。基于应变能和热力学的公式,通过理论计算得到了加载过程中陶瓷的绝热温升已经超过陶瓷的熔点,熔化后的陶瓷经过冷却后就形成了绝热剪切带。