Microstructure and Strength of SiC Ceramic Joints Diffusion Bonded by Sparks Plasma Sintering with the Ti Interlayer

HU Weiqin; XIE You; XU Xinru; TAN Ruixuan; YANG Tengfei

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2025.04.06

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Microstructure and Strength of SiC Ceramic Joints Diffusion Bonded by Sparks Plasma Sintering with the Ti Interlayer
Vol. 55, Issue 4, Pages: 40-48(2025)
Received：13 January 2025，

Revised：2025-02-13，

Published：20 April 2025
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.04.06
稿件说明：

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胡伟钦，谢悠，徐芯茹，等.SPS工艺下Ti中间层连接SiC陶瓷的接头组织与强度研究［J］.电焊机，2025，55（4）：40-48. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.04.06.

HU Weiqin, XIE You, XU Xinru, et al.Microstructure and Strength of SiC Ceramic Joints Diffusion Bondedby Sparks Plasma Sintering with the Ti Interlayer[J].Electric Welding Machine, 2025, 55(4): 40-48. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.04.06.

摘要

采用20 μm高纯Ti膜作为中间层，常压烧结SiC陶瓷作为基材，利用放电等离子工艺（SPS）进行扩散连接。借助扫描电子显微镜、电子能谱、剪切试验、透射电子显微镜和X射线衍射仪等手段探究了不同保温时间（5 min、10 min和20 min）下SiC接头的微观组织和力学性能。研究发现，SiC接头平均剪切强度与保温时间存在一定关联，随着保温时间的延长，剪切强度呈上升趋势。保温5 min的接头平均剪切强度为51.57 MPa，保温10 min后提高至54.83 MPa，保温20 min时达到58.65 MPa。得益于牢固的界面结合，接头剪切断裂主要发生在基材。微观组织表征结果显示，SiC接头界面结合质量较高，不同保温时间的中间层结构类似，各个位置的中间层厚度均匀。接头的主要相组成为Ti

SiC

、TiC和Ti

。随着保温时间的延长，Ti

SiC

与Ti

相含量也增多，Ti

相的增加会导致界面裂纹，而Ti

SiC

相的产生则有效提升了接头强度。

Abstract

In this study，the 20 μm high-purity Ti films were used as the interlayer

and the pressureless-sintered SiC was used as the substrate

for joining of SiC ceramics by the spark plasma sintering. The microstructure and strength of SiC joints under different holding times were investigated by means of s

canning electron microscopy

electron energy spectroscopy

shear strength tests

transmission electron microscopy

and X-ray diffractometer. Through shear tests

the shear strengths of the SiC joints bonded under different holding times were compared. There is a certain correlation between the average shear strength of the joints and the holding time. The average shear strength of the joint with a holding time of 5 min was 51.57 MPa. When the holding time was extended to 10 min

the average shear strength of the joint increased to 54.83 MPa. When the holding time was further extended to 20 min

the average shear strength of the joint reached 58.65 MPa. Benefiting from the strong interfacial bonding

the shear fracture of the joint mainly occurred in the substrate. The results of microstructure characterization showed that the interfacial bonding quality of the SiC joint was high. The structures of the interlayer under different holding times were similar

and the thickness of the interlayer at each position was uniform. The main phase components of the joint were Ti

SiC

TiC

and Ti

. With the increase of the holding time

the detected contents of Ti

SiC

and Ti

also increased.

关键词

Keywords

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