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Ti2Al C是一种典型的MAX相陶瓷材料,独特的纳米层状结构和多样化成键特征使得Ti2Al C兼具陶瓷和金属的优良性能,这些优异的综合性能赋予Ti2Al C诸多潜在的工程应用。Ti2Al C陶瓷自身及其与铜的连接既能够解决大尺寸陶瓷制备困难的问题,又拓展了Ti2Al C的应用范围。本文使用BAg-8钎料钎焊了Ti2Al C和铜,研究了钎焊工艺参数对接头组织和性能的影响,揭示了钎焊过程中Ti2Al C结构的分解过程,阐述了Cu元素对Ti2Al C结构稳定性的影响。然而,Ag和Ti2Al C陶瓷母材之间的交互作用是未知的,也未见诸报道。利用第一性原理,从热力学的角度预测了Ag在Ti2Al C中的元素取代行为对陶瓷结构及稳定性的影响。设计润湿性实验对Ag元素在Ti2Al C中的取代行为进行观察。在此基础上,使用Ag钎料钎焊Ti2Al C陶瓷,分析了接头的连接机理。使用BAg-8钎料钎焊Ti2Al C陶瓷和铜时,研究了钎焊温度(800~900℃)和保温时间(0~40min)对接头的显微组织、剪切强度和导电性的影响。随着钎焊温度提高和保温时间的延长,铜母材向钎料中的熔解加剧,交互作用区宽度增加,焊缝宽度减小,同时陶瓷母材的分解程度加剧,接头剪切强度先升高后降低。在850℃保温10min为最佳工艺参数,接头剪切强度为156±2 MPa,达到陶瓷母材强度的87%,接头电导率达到陶瓷母材电导率的280%。在900℃保温10min的钎焊过程中,Ti2Al C中Al元素的损失促使Ti6C八面体和Al原子层发生重组,Ti2Al C转化为过渡产物Ti3Al C2,Ti3Al C2和Cu进一步反应分解为Ti C。利用第一性原理计算分析了Ag取代Ti2Al C中Ti和Al的可行性和倾向性,研究了元素取代及取代比例对Ti2Al C晶格参数、成键特征和稳定性的影响。Ag可以取代Ti2Al C中12.5%的Al原子,Ag取代Al引起Ti2Al C晶格参数c值的增加,a和b几乎保持不变;Ti-Ag键取代Ti-Al键,键合强度的减弱降低了体系的稳定性;Agd轨道电子的贡献和Tid轨道电子的填充提高了体系的导电性。Ag能够取代Ti2Al C中12.5%的Ti原子,Ag取代Ti引起Ti2Al C晶格参数a和b的增加,c值没有明显变化;Ag取代Ti的位置并与近邻原子形成Ag-Al键、Ag-C键、Ti-Ti反键和C-C反键,反键强度随取代比例增加而增强,Ag原子近邻位置的Ti-Al键强度被削弱,体系的稳定性下降;取代过程中Agd电子对费米能级处态密度的贡献大于因失去Ti原子引起Tid电子的损失,体系导电性有所提高。通过设计润湿性实验获得Ti2Al C/Ag交互作用区的高分辨透射样品。利用球差校正扫描透射显微技术观察了1030℃保温5min得到的Ti2Al C/Ag交互作用区内的显微组织,实验证明,Ag能够取代Ti2Al C中的Ti原子和Al原子,并以单个原子或纳米偏聚的形式存在。对Ag在Ti2Al C中的取代行为及其对Ti2Al C晶格参数和稳定性的影响进行了表征,实验结果与理论计算能够较好地吻合。从Ti2Al C[0001]取向能够观察到Ag取代Ti原子引起晶格参数a的增加,从Ti2Al C[1210]取向可以观察到Ag同时取代Ti原子和Al原子,晶格常数a和c均有增加。Ag纳米偏聚能够存在的临界尺寸为9.072nm,当富Ag区域的尺寸小于9.072nm时,Ag以纳米偏聚的形式存在,Ag的取代行为产生的晶格畸变可以通过晶格错配得到协调;当富Ag区域的尺寸大于9.072nm时,晶格畸变量只能通过层错等缺陷的形成来协调,在极限尺寸范围内,Ag仍然以纳米偏聚的形式存在,超过极限尺寸,Ag在缺陷的基础上形核长大并以纳米孪晶或多晶体的形式存在。然而,Ti2Al C的本征结构并不因为Ag的取代行为而发生转变或分解,仍然能够保持结构的稳定性。在实验观察中,不仅发现Ag取代行为引起的晶格参数变化程度与理论计算结果吻合,另外还发现了Ag在Ti2Al C中的偏聚现象,这种偏聚现象是由晶格畸变的尺寸效应造成的。将实验温度由1030℃提高至1080℃,在Ti2Al C/Ag交互作用区内,局部区域的Ti2Al C晶格完全被4H-Ag的晶格所取代,该区域的Ag以密排六方结构的形式出现,并与Ti2Al C之间存在特定的位向关系,说明在一定条件下,Ag的取代能够促使Ti2Al C结构失去稳定性。另外,晶界附近局部区域的Ti2Al C转变为反钙钛矿结构的Ti3Al C,并与晶界处立方结构的Ag保持特定的位向关系。使用Ag钎料钎焊Ti2Al C陶瓷,Ag通过晶间渗入和晶内扩散实现陶瓷的连接。随着钎焊温度的提高(980~1080℃),接头的剪切强度和电导率先增加后降低。在1030℃保温5min获得的接头最高剪切强度为陶瓷母材强度的73%,电导率达到陶瓷母材的110%。利用透射电子显微镜观察了Ag在Ti2Al C中的存在形式,发现Ti2Al C(Ag)固溶体与Ti2Al C的晶体结构保持一致。说明在钎焊过程中,Ti2Al C的结构没有发生转变或分解,晶体结构保持稳定性。