2.5.2 金屬與陶瓷真空擴(kuò)散焊接頭的界面反應(yīng)

金屬與陶瓷真空擴(kuò)散焊焊接接頭的界面反應(yīng)是實(shí)現(xiàn)其牢固連接的先決條件，而這種界面反應(yīng)生成物種類及厚度受到接觸面處各元素的性能、焊接溫度、保溫時(shí)間、元素的擴(kuò)散的影響，又是影響接頭性能的重要因素。

1.SiC陶瓷與金屬Nb的界面反應(yīng)

圖2-26給出了SiC/Nb/SiC陶瓷與金屬在1517℃溫度下真空擴(kuò)散焊時(shí)，不同保溫時(shí)間下結(jié)合界面組織結(jié)構(gòu)示意圖，兩邊的反應(yīng)生成物是等效的，只不過(guò)位置相反而已。可以看到，在靠近SiC陶瓷的界面上生成Nb₅Si₃C_x相，而在靠近金屬Nb的界面上，則生成Nb₂C相。隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，Nb₅Si₃C_x相增厚迅速，而Nb₂C相增厚緩慢，這是受C的擴(kuò)散控制的緣故，因?yàn)镃通過(guò)Nb₅Si₃C_x相才能生成Nb₂C相。分析發(fā)現(xiàn)，在SiC/Nb₅Si₃C_x和Nb₅Si₃C_x/Nb₂C的界面上還存在著塊狀的NbC。如果金屬Nb很薄，作為過(guò)渡層，則隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)金屬Nb將消失，會(huì)產(chǎn)生高Si含量的NbSi₂相，形成SiC/NbC/NbSi₂/NbC/NbSi₂/NbC/SiC的層狀結(jié)構(gòu)。

當(dāng)然也可以用鈦代替鈮進(jìn)行Al₂O₃與SiO₂陶瓷和不銹鋼的連接，再加鎳做復(fù)合中間層也得到類似的結(jié)果。

圖2-27給出了反應(yīng)相的生成規(guī)律，其反應(yīng)生成相的厚度由下式給出：

式中 x——反應(yīng)生成相的厚度（m）；

k——反應(yīng)生成相的成長(zhǎng)速度（m2/s）；

k₀——反應(yīng)生成相的成長(zhǎng)常數(shù)（m2/s）；

Q——反應(yīng)生成相的成長(zhǎng)激活能（kJ/mol）；

t——保溫時(shí)間（s）；

T——加熱溫度（℃）；

R——?dú)怏w常數(shù)（=8.314J/K·mol）。

其結(jié)果為

Nb₅Si₃C_x相：x2=1.57×10-5exp［-535×103/（RT）］

Nb₂C相：x2=1.91×10-4 exp［-382×103/（RT）］

SiC/Nb系：x2=1.48×10-5 exp［-359×103/（RT）］

因此，容易形成Nb₅Si₃C_x相。

2.界面反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)接頭強(qiáng)度的影響

界面反應(yīng)產(chǎn)物的性能、厚度等都會(huì)對(duì)接頭強(qiáng)度產(chǎn)生極其重要的影響。如當(dāng)NbC薄層在SiC側(cè)形成而尚未出現(xiàn)NbSi₂相時(shí)，抗剪強(qiáng)度最高，可達(dá)187MPa。