2.5.2 金属与陶瓷真空扩散焊接头的界面反应

金属与陶瓷真空扩散焊焊接接头的界面反应是实现其牢固连接的先决条件，而这种界面反应生成物种类及厚度受到接触面处各元素的性能、焊接温度、保温时间、元素的扩散的影响，又是影响接头性能的重要因素。

1.SiC陶瓷与金属Nb的界面反应

图2-26给出了SiC/Nb/SiC陶瓷与金属在1517℃温度下真空扩散焊时，不同保温时间下结合界面组织结构示意图，两边的反应生成物是等效的，只不过位置相反而已。可以看到，在靠近SiC陶瓷的界面上生成Nb₅Si₃C_x相，而在靠近金属Nb的界面上，则生成Nb₂C相。随着保温时间的延长，Nb₅Si₃C_x相增厚迅速，而Nb₂C相增厚缓慢，这是受C的扩散控制的缘故，因为C通过Nb₅Si₃C_x相才能生成Nb₂C相。分析发现，在SiC/Nb₅Si₃C_x和Nb₅Si₃C_x/Nb₂C的界面上还存在着块状的NbC。如果金属Nb很薄，作为过渡层，则随保温时间的延长金属Nb将消失，会产生高Si含量的NbSi₂相，形成SiC/NbC/NbSi₂/NbC/NbSi₂/NbC/SiC的层状结构。

当然也可以用钛代替铌进行Al₂O₃与SiO₂陶瓷和不锈钢的连接，再加镍做复合中间层也得到类似的结果。

图2-27给出了反应相的生成规律，其反应生成相的厚度由下式给出：

式中 x——反应生成相的厚度（m）；

k——反应生成相的成长速度（m2/s）；

k₀——反应生成相的成长常数（m2/s）；

Q——反应生成相的成长激活能（kJ/mol）；

t——保温时间（s）；

T——加热温度（℃）；

R——气体常数（=8.314J/K·mol）。

其结果为

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.界面反应产物对接头强度的影响

界面反应产物的性能、厚度等都会对接头强度产生极其重要的影响。如当NbC薄层在SiC侧形成而尚未出现NbSi₂相时，抗剪强度最高，可达187MPa。