氮化硅（Si3N4）陶瓷是一种先进的高温结构陶瓷,但是由于Si3N4陶瓷材料的本征脆性以及制备技术的限制,难以获得大尺寸、形状复杂的陶瓷构件。镍基高温合金同样具有良好的高温强度、刚度以及良好的断裂韧性。将耐高温强的陶瓷材料结合金属基体制成耐高温部件,可以满足在航空领域的使用要求,具有较好的应用前景。本文采用部分瞬时液相（PTLP）连接方法连接Si3N4与镍基合金GH4169,探索不同连接温度等工艺参数和中间层变化对接头微观组织和接头力学性能的影响,对PTLP连接过程中扩散动力学问题进行初步研究,阐述了PTLP连接中接头组织变化规律及连接机理,并表征和模拟接头残余应力的变化。通过对连接工艺的探索,发现在一定范围内提高连接温度和延长保温时间,使界面结合强度提高,Au-Ni间经充分的互扩散形成均匀分布的Ni[Au]固溶体,对接头强度的提高有利。但是当连接温度超过1150°C和保温时间大于120 min时,Ni[Au]固溶体中析出脆性相Ni3Ti,降低缓解残余应力能力,导致接头力学性能的降低。当连接温度1100°C、保温时间90 min、连接压力为0.8 MPa,接头常温剪切强度最大达130 MPa。接头耐高温性能较好,800°C的强度与室温强度相近,1000°C下仍有近60 MPa的剪切强度。探究中间层的变化对接头的影响,结果发现,增加Ti含量虽然可以提高界面结合强度,但是过量的Ti破坏Au-Ni固溶体系,导致生成大量脆性金属间化合物相,接头剪切强度降低。中间层Ti含量较低,界面结合强度因界面反应物的减少而降低,接头力学性能仍下降。减薄Ni层导致焊缝固溶体间出现块状的Ni3Ti,Ni3Ti生长夺取原本固溶于Ni[Au]中的Ni,阻碍固溶体的形成,使接头强度降低。为进一步缓解接头残余应力,在中间层中引入Ni泡沫。为防止液相直接接触溶解全部泡沫骨架,添加Ni箔作为阻隔层。研究发现,当Ni箔过厚时,Ni箔与Ni泡沫间的结合仅靠泡沫骨架与Ni的扩散结合,结合位点少导致结合强度低,接头力学性能下降。而较薄的Ni箔被液相熔穿,导致Ni泡沫基本塌陷,丧失了通过变形缓解残余应力的能力,接头力学性能下降。选用100μm厚的Ni箔能有效阻隔大部分Au元素与Ni泡沫接触,同时可以避免泡沫骨架过多塌陷,接头强度最高为60 MPa。本文阐述了PTLP连接Si3N4/GH4169的界面连接机理:在连接过程中,Au-Ni扩散作用下生成液相,熔融液相中的Ti与Si3N4发生反应,生成Ti N,游离的Si可继续与Ti或Ni结合。随着连接温度的提高和保温时间的延长,Ni箔中的Ni元素不断向液相中扩散,液相中Ni含量超过液相承载最大量,部分液相开始转化为固相,直至等温凝固过程完成,液相完全转变为固相。在镍基合金侧连接界面上,Ni箔与GH4169间元素互扩散程度随加热时间的增加和连接温度的提高而增大。结合扩散动力学计算对PTLP连接进行了分析,界面反应层在连接温度1100°C下的生长速度为6.102×10-8m/s1/2,反应层生长的表观活化能确定为563k J/mol。实验所用Au-Ni之间等温凝固时间理论计算至少需要30 min。采用拉曼光谱法表征接头陶瓷侧残余应力的分布,残余应力在近焊缝处的最大值近500 MPa,当距离焊缝足够远时,陶瓷应力近似为零。Image J-OOF2-ABAQUS联合模拟精细化有限元模型,模拟结果应力分布与微观组织相分布对应。