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TiAl合金与Ti3SiC2陶瓷的复合构件和复合材料,可将TiAl合金的轻质高强与Ti3SiC2的耐高温、耐中子辐照、耐腐蚀和抗氧化的优异性能相结合,在航空航天和核工业领域具有广泛的应用前景。实现TiAl合金与Ti3SiC2陶瓷异质材料间的高质量扩散连接,是制备TiAl/TbSiC2复合构件和复合材料的关键。但由于TiAl合金与Ti3SiC2陶瓷之间存在显著的物理和化学性质差异,其扩散连接接头中极易形成多种脆性界面反应相,而界面反应相的性质、组成和厚度与接头的力学性能密切相关。因此需要对扩散连接中界面反应相的形成机理、界面微观组织演变机理和生长动力学进行研究,以优化接头的界面微观组织,改善其力学性能。本文对TiAl/Ti3SiC2扩散连接接头中的界面反应相的形成机理、界面微观组织演变过程、元素扩散行为和生长动力学进行了研究,并采用在Ti3SiC2基体中形成织构、对Ti3SiC2基体掺杂Al和加入Ti中间层等方法优化界面微观组织,调控界面反应层生长速率,以改善接头力学性能。主要研究结果如下:TiAl合金和Ti3SiC2陶瓷直接扩散连接的接头中,界面物相组成的演变过程为:γ+α2/γ/Ti5Si3/Ti3SiC2→γ+α2/γ/Ti5Si4/Ti5Si3/Ti3SiCa→γ+α2/γ/TiAl2/Ti5Si4/Ti5Si3/Ti3SiC2→γ+α2/γ/TiAl2/TiAl3+Ti5Si3/Ti5Si4/Ti5Si3/Ti3SiC2。扩散连接的主要过程为:Si 元素从 Ti3SiC2中脱嵌出并作长程扩散进入TiAl合金,与其中的Ti元素发生反应,形成Ti5Si3及Ti5Si4层,同时排出的Al原子逐渐富集而形成γ-TiAl、TiAl2层以及TiAl3+Ti5Si3双相层。上述界面反应化合物层的生长均符合抛物线规律,都受体扩散控制。TiAl/Ti3SiC2接头的连接激活能为225 kJ/mol。在900℃/9h连接时,接头的剪切强度最高,为53 MPa,此工艺下界面物相组成为:γ+α2/γ/Ti5Si4/Ti5Si3/Ti3SiC2,界面化合物的总厚度约为6μm。当形成较厚的脆性Ti5Si3和Ti5Si4层时,由于Ti5Si3和Ti5Si4较低的断裂韧性和形成的薄弱Ti5Si3/Ti3SiC2界面,其接头的剪切强度将显著下降。通过对Ti3SiC2基体进行高温变形制备了织构化的Ti3SiC2陶瓷,并利用Ti3SiC2中织构实现了 TiAl/Ti3SiC2扩散连接接头中界面反应层生长速率的调节。结果表明TiAl/TSC‖和TiAl/TSC⊥接头（TSC‖、TSC⊥分别表示存在[0001]晶向平行于、垂直于连接面丝织构的Ti3SiC2）的界面化合物生成顺序和界面微观组织的演变过程与无织构的TiAl/Ti3SiC2 接头一致。TiAl/TSC‖、TiAl/Ti3SiC2 和 TiAl/TSC⊥接头中 Si 元素均为主要的扩散元素。三种接头中界面反应层的生长均符合抛物线规律,都受体扩散控制。三种接头的连接激活能接近,分别为224 kJ/mol、225 kJ/mol和231 kJ/mol。TSC‖基体中的（0001）Si面（与（0001）晶面平行的Si原子面,该面上Si原子扩散系数最大）与接头中元素扩散方向平行,因而Si元素在TSC‖基体中扩散系数最大,造成TiAl/TSC‖接头的指前系数最大,界面反应层最厚,生长速率最快;而TSC⊥基体中（0001）Si面与接头中元素扩散方向垂直,造成Si元素在TSC⊥基体中扩散系数最小,TiAl/TSC⊥接头中界面反应层最薄,生长速率最慢。上述结果证实了 Si元素在Ti3SiC2基体中的扩散存在各向异性。三种接头剪切强度的最大值接近,分别为56 MPa、53 MPa和51 MPa。利用Al掺杂在Ti3SiC2基体中形成了富Al的非晶晶间膜,实现了 TiAl/Ti3SiC2接头中界面微观组织和界面反应层生长速率的调节。富Al非晶晶间膜的存在显著提高了基体Al元素的晶界扩散速率,加快了 Al掺杂接头中TiAl3层的生长速率,并在连接的初始阶段抑制了 Ti5Si3和Ti5Si4层的形成,使其主要的扩散过程由未掺杂接头中Si元素的体扩散转变为Al掺杂接头中Al元素的晶界扩散。接头中界面物相演变过程为:γ+α2/TiAl3+Ti5Si3+Ti5Si4/Ti3SiC2→γ+α2/TiAl2/TiAl3+Ti5Si3+Ti5Si4/Ti3SiC2→γ+α2/γ/TiAl2/TiAl3+Ti5Si3+Ti5Si4/Ti3SiC2→γ+α2/γ/TiAl2/TiAl3+Ti5Si3+Ti5Si4/Ti5Si3/Ti3SiC2。研究表明Al掺杂显著地提高了接头中界面反应层的生长速率,Al掺杂接头中界面反应层的生长都符合立方规律,都受晶界扩散控制。Al掺杂接头的连接激活能为179～182kJ/mol,低于未掺杂接头的连接激活能（225 kJ/mol）。Al掺杂接头的最高剪切强度为65～67MPa,比未掺杂接头的值（53 MPa）高23～26%,其主要原因是接头中未形成脆性的Ti5Si3和Ti5Si4层。利用加入Ti箔作为中间层并结合对Ti3SiC2基体掺杂Al的方法实现了扩散连接TiAl/Ti3SiC2接头中界面微观组织优化和力学性能改善。加入5μm厚Ti箔中间层的TiAl/Ti/Ti3SiC2接头,在900℃/1h下连接时,剪切强度最高,为59 MPa,相比直接连接TiAl/Ti3SiC2接头的最高剪切强度值提高了约11%。加入1 μm厚箔Ti中间层结合Al掺杂的TiAl/Ti/Ti3（Si0.94Al0.06）C2接头,在800℃/2 h下连接时,剪切强度达到最大值,为71 MPa,相比TiAl/Ti3（Si0.94Al0.06）C2接头的最高剪切强度值（约67 MPa）提高了6%,主要原因是避免了脆性TiAl3层在接头中形成。加入5 μm厚Ti箔中间层结合Al掺杂的TiAl/Ti/Ti3（Si0.94Al0.06）C2接头,在900℃/0.5 h连接时,剪切强度达到最大值,为75 MPa,相比直接连接TiAl/Ti3SiC2接头的最高剪切强度值（53 MPa）提高了 42%,相比TiAl/Ti3（Si0.94Al0.06）C2接头（67 MPa）提高了 12%,此工艺下接头的界面物相组成为γ+α2/α2/α/α2+TiAl3/Ti3SiC2,由于接头中未形成脆性的Ti5Si3和TiAl3层,同时接头中还存在未反应完的Ti箔,可通过其塑性变形或者蠕变释放焊接热应力,因而其剪切强度最高。