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DD3镍基高温合金兼有低廉的制造成本和优异的高温性能,在航空航天热端部件的制备领域贡献巨大。Ti3AlC2陶瓷作为新型纳米层状陶瓷的典型代表,在物理性能方面也有其独特的优势。为了发挥两类材料性能方面的长处,拓宽其应用领域,将两类材料连接到一起具有重大意义,也是本论文研究的出发点。考虑到DD3合金和Ti3AlC2陶瓷物理性能的巨大差异,本研究中采用扩散连接技术对两者进行连接。添加Ni中间层对两者进行了扩散连接,并分析了接头界面结构及形成机理。采用第一性原理的计算方法研究了DD3合金中的元素扩散行为。计算了Ti3AlC2陶瓷中的空位形成倾向性和Ni取代行为对体系稳定性的影响。结合残余应力的计算解释了中间层设计对接头性能的影响,优选出了适用于DD3合金与Ti3AlC2陶瓷扩散连接的Ni/TiAl/Ti/Ni的复合中间层。首先对DD3合金与Ti3AlC2陶瓷进行了扩散连接的研究,并分析了接头界面形貌及形成机理。DD3合金中的Ni向Ti3AlC2陶瓷中的扩散促进了接头的形成,近DD3侧合金元素大量富集,元素含量在接头界面处台阶式变化,弱化了界面的结合,接头抗剪强度仅为38.6MPa。采用Ni作为中间层对DD3合金与Ti3AlC2陶瓷进行了扩散连接,分析了接头的界面结构及形成机制。DD3合金中γ’相形成元素Al、Ti的扩散行为,促使了近Ni界面处Diffusion Zone I的形成,在扩散连接温度较低时该区域Al、Ti原子主要通过固溶的方式存在且含量梯度变化。Ti3AlC2陶瓷与Ni的相互扩散形成了Diffusion Zone II,其中近界面处Ni中间层侧形成了γ’-Ni3（Al,Ti）相,近界面处Ti3AlC2陶瓷侧发生失稳分解并形成了Al Ni2Ti+Ti C相,且新相满足Al Ni2Ti（111）//Ti C（111）,Al Ni2Ti[110]//Ti C[110] 。计算了Ni在Ti3AlC2陶瓷中的扩散系数。对比分析了扩散连接温度对DD3/Ti3AlC2接头性能的影响,当温度过低和过高时接头中均有缺陷形成。采用ABAQUS有限元方法计算了DD3/Ti3AlC2接头中的残余应力分布,对比分析了未添加中间层与添加Ni中间层的扩散连接接头中残余应力的变化规律。研究了DD3合金中的元素扩散行为,并计算了其中Ni基体和γ’相中的元素扩散系数。DD3合金中Ni基体的自扩散满足替位扩散机制,对应的空位形成能ΔHvacf为1.644e V,空位迁移能ΔHvacm为1.069e V,扩散激活能Q为2.713e V,并计算了其自扩散系数。Ni基体中γ’相形成元素Al、Ti的扩散遵循五重跳跃模型,对应的扩散激活能Q分别为3.003e V和3.035e V。计算了γ’相中空位缺陷和反位置原子缺陷的形成能,证实反位置原子缺陷浓度最高,Al空位缺陷浓度最低。由于反位置Al原子的存在,促进了γ’相中Ni的扩散,计算得到的Al和Ti在γ’相中的扩散系数比率为0.17~0.26。通过第一性原理计算方法获得了Ti3AlC2陶瓷的晶格参数、体模量、电子结构和晶格振动行为等信息。Ti3AlC2陶瓷的电子结构和晶格振动行为的结果表明Ti3AlC2陶瓷优异的导电性主要由Ti原子贡献,且在c轴方向上具有更好的导热性。计算了Ti3AlC2陶瓷完美晶胞和在不同原子层位置带单空位体系的结合能和形成能,发现Al原子位置空位形成能Ec1VAl为-7.869e V,考虑到Al空位具有最低的空位迁移能,证明Ti3AlC2陶瓷中最容易形成Al空位缺陷。计算了Ti3AlC2陶瓷中不同原子层位置的Ni取代行为,结果表明Al原子层位置的Ni取代形成能ΔEVAl（Ni）最低为1.369e V,并发现Ni的取代弱化了体系的稳定性。选用Ni/TiAl的复合中间层扩散连接DD3合金与Ti3AlC2陶瓷,由于Ti3AlC2陶瓷与TiAl之间残余应力较大,导致了接头的失效。为了优化Ti3AlC2陶瓷侧界面结合,分别对比了添加TiAl/Ni中间层、添加TiAl/Ti/Ni复合中间层和添加TiAl/Zr/Ni复合中间层的影响,对所获得的TiAl/Ti3AlC2界面结构进行分析,并阐述了形成机理。采用TiAl/Ti/Ni复合中间层所获得的TiAl/Ti3AlC2界面具有最优的力学性能。通过设计添加不同中间层所获得的TiAl/Ti3AlC2界面均在近Ti3AlC2陶瓷侧发生断裂,说明该区域应力集中明显,并影响了界面结合的最终性能。比较了采用不同中间层的扩散连接接头中残余应力的变化规律,揭示了中间层优化设计对DD3/Ti3AlC2接头力学性能的影响机制。采用优选的Ni/TiAl/Ti/Ni复合中间层对DD3合金与Ti3AlC2陶瓷进行了扩散连接,获得了界面结合良好的DD3/Ti3AlC2接头。对比了不同中间层设计和DD3合金不同面族作为其余两组外端面的结果。设计采用Ni/TiAl/Ti/Ni复合中间层,选取{110}面族作为与Ti3AlC2陶瓷连接的DD3合金的其余两组外端面,该工艺条件下所获得DD3/Ti3AlC2接头的抗剪强度可达98.2MPa,与添加Ni中间层的扩散接头相比性能提升14%。