Ti₂AlC相是一种具有纳米层状结构的三元碳化物陶瓷,兼具金属和陶瓷的特性,例如高熔点、高模量和优异的机械加工性能等。此外,Ti₂AlC结构中的Al原子具有较好的可动性,赋予了该材料优异的抗氧化性能和抗热震性能,从而有望被应用于高温以及循环加热领域。通过实现Ti₂AlC相与金属的连接,可以同时发挥两种母材的性能优势,并拓宽两者的应用范围。本课题以实现Ti₂AlC陶瓷与金属镍的连接为出发点,利用第一性原理计算预测钎料元素对Ti₂AlC晶体稳定性的影响规律,并结合热力学计算和合金化实验对亚稳相的存在和分解条件进行了分析。然后,研究镍基钎料在Ti₂AlC陶瓷表面的润湿行为,通过钎焊实验,探索恰当的钎焊工艺参数,结合多种分析表征手段揭示Ti₂AlC/Ni接头的形成机理。通过第一性原理计算的方法模拟了Ti₂AlC晶体中点缺陷的形成机理。三种点缺陷中,Al空位和C空位比Ti空位更容易形成,对应的缺陷形成能只有后者的一半。同时,Ti空位的形成对结构稳定性的影响较大,而C空位的极限浓度（不引起结构失稳）相对更高。根据空位失稳模型,Ti₂AlC晶体中最多可以容纳1/3的Al空位,即得到的Ti₂Al_0.667C晶体也可以保持结构稳定性。根据BNi-2钎料的组成,向Ti₂AlC晶体中引入Ni、Cr、Si取代原子。Ni原子对Ti原子和Al原子的取代在能量和振动的角度都是可行的,且对后者的取代所需能量最低,因此Ni原子最有可能出现在Al位置上。然而在这种占位方式中,Ni原子对Ti₂AlC晶体中的价电子具有很强的攫取作用,在其周围形成很高的电荷密度,减弱了Ti原子和Al原子之间的层间结合力,对晶体的稳定性是不利的。采用热压烧结方法制备Ni掺杂的块体Ti₂AlC陶瓷,Ni元素主要固溶于Ti₂AlC晶粒的周围,形成了Ni含量较高的Ti₂（Al,Ni）C固溶体,对应第一性原理计算中得到的亚稳结构Ti₂(Al_0.875,Ni_0.125)C。Cr原子最有可能对Ti原子进行取代,形成的(Ti_2-x,Cr_x)AlC晶体在整个0≤x≤2区间内都是稳定的。Si原子对Al原子的取代行为最具有能量上的优势,对应的置换形成能是负的,表明该过程可以自发进行。取代形成的Ti₂(Al_1-x,Si_x)C晶体同样在整个0≤x≤1区间内都是稳定的。然而由于该晶体构成中Ti₂SiC部分并不存在,当Si含量较高时Ti₂(Al_1-x,Si_x)C固溶体会因竞争相的Gibbs自由能更低而发生分解。采用放电等离子烧结和热压烧结方法制备得到了块体Ti₂（Al,Si）C固溶体,推测含Si取代的Ti₂AlC结构是可以稳定存在的。BNi-2钎料在Ti₂AlC陶瓷表面具有良好的润湿性。当温度高于1000℃时,其润湿角小于30°。采用BNi-2钎料成功实现了Ti₂AlC陶瓷与金属Ni的连接,钎焊过程中,钎料中的Ni元素沿着晶界向Ti₂AlC陶瓷母材中扩散,在扩散距离较远的位置处形成Ti₂Al_1-xC[Ni]固溶体,在靠近接头位置处则因Ni元素浓度较高而引起陶瓷母材分解,形成TiC相和Ni₃（Al,Ti）金属间化合物。这一交互作用同时改变了液态钎料的成分,导致其发生等温凝固,获得具有层状结构的接头:{Ti₂AlC母材}-{Ti₂AlC+Ti₂Al_1-xC[Ni]}-{Ni₃（Al,Ti）+TiC}-{Ni₃（Al,Ti）+TiB}-{Ni[Si,Ti]_ss+CrB}-{Ni母材}。Ti₂AlC/Ni钎焊接头的剪切强度最大值为193MPa,达到Ti₂AlC陶瓷母材强度的90%以上,对应的钎焊工艺参数为1100℃保温30min。采用该工艺同样实现了Ti₂AlC陶瓷和GH3128镍合金的连接,得到的接头具有优异的高温力学性能。在650℃以下其剪切强度与室温时相近,当温度达到800℃时仍可以保留陶瓷母材室温强度的68%。利用透射电镜表征了钎料元素与Ti₂AlC陶瓷母材的交互作用机制。Ni元素可以沿着Al原子层向Ti₂AlC晶粒中浸蚀,同时将Al原子抽出。这一作用会引起Ti₂AlC晶粒的分解,形成TiC片层和金属间化合物交替排列的形貌。