SiC陶瓷與金屬連線時怎麼選用中間層材料

SiC陶瓷及其SC複合材料與金屬連線的目的是製備能在高溫環境下服役的複合構件。因此,SC陶瓷及其SiC複合材料與金屬連線接頭的高溫效能成為評價複合材料構件優劣的首要指標。

SiC陶瓷及其SiC複合材料與金屬連線所選用的中間層材料在常溫下應具有高強度和較好的塑性,有利於降低介面殘餘應力;在高溫下能保持強度高、組織穩定性好,且儘量不與其他物質發生反應生成有害相。同時,為提高中間層的高溫效能,中間層

中應含有較多的鎢、鉬、鈮和矽等高熔點元素。

目前,陶瓷與金屬釺焊時多使用 Ag-Cu-Ti釺料,但是該釺料熔點較低,而且加熱溫度超過600℃後該釺料組成的釺接接頭抗氧化效能變差。因而,使用Ag-Cu-Ti釺料進行SiC陶瓷及其SiC複合材料與金屬的連線構件難以在高溫環境下使用。

SiC陶瓷在製備及儲存過程中很難避免被氧化,其表面總有一層影響連線的SiO2。不過SO2可以用HF酸清洗或者用SiO2的碳熱還原反應加以去除,該還原反應過程的反應式為:

SiO2+3C=SiC+2CO

高溫下該反應為:

2SiO2+ SiC=3SiO+CO

若中間層材料中還存在強活性的元素鈦,則還會發生如下

9Ti+4SiC=4T iC+Ti5Si4

8Ti+3SiC-3T iC+Ti5Si3

所以,連線SC陶瓷與金屬時要分析中間層材料與母材間的熱力學關係。另外,也必須考慮高溫下中間層材料與SiC陶瓷和金屬母材間的化學冶金作用,以及高溫下被連線材料的相變或化學變化對接頭效能的影響。

例如,如果中間層材料中含有鋁,鋁元素會與SiC反應生成微觀結構為層狀的碳化物AlC3。該碳化物將導致接頭的連線強度降低。

釺焊SiC與金屬時,SiC與金屬的連線溫度應儘量不超過金屬母材的熱處理溫度,更不能超過其熔點,避免釺焊過程中在高溫及應力作用下金屬的組織結構不斷髮生變化。例如,釺焊中高溫合金中會出現相的凝聚和粗化、溶入和再析出以及相的分解(碳化物、氮化物)等,致使材料的力學效能下降。

總之,SC陶瓷與金屬連線選取中間層材料時,必須綜合考慮各種因素,透過試驗驗證及效能檢測來確定材料和材料的製備形式。考慮周全才能選擇到好的中間層焊材,同要跟綜國外先進工藝,達到事半功倍的效果!

SiC陶瓷與金屬連線時怎麼選用中間層材料

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