钎焊温度对SiC陶瓷低温接头组织和性能的影响

摘要

针对新一代核领域事故容错材料SiC燃料元件包壳的焊接需求，采用低温AgCuInTi钎料成功钎焊连接了SiC陶瓷与Kovar合金，通过优化钎焊工艺参数获得了组织性能最优的SiC/Kovar接头，并对接头的连接机理进行了分析，建立了界面组织-力学性能-断裂行为之间的联系.结果表明，760℃保温10 min的SiC/Kovar钎焊接头的界面组织可以分为3个特征区，即陶瓷侧的反应层、接头中部的钎缝区和金属侧的扩散区.金属母材向液相中溶解的Ni元素同Si C陶瓷反应是接头形成的关键.反应层主要由Ni₃Si₂+Ni₂Si+石墨组成的多层结构，钎缝区主要由Ag（s,s）、Cu（s,s）、Cu₇In₃、Ti Ni₃和Ni₁₆Si₇Ti₆组成，扩散区则主要为（Fe,Co）固溶体和剩余液相形成的Ag（s,s）和Cu₇In₃相.钎焊温度的升高并未改变接头中的相组成，仍可分为3个特征区，但各特征区的宽度变化明显．当钎焊温度由720℃增加至800℃时，金属侧扩散区的宽度增加明显，陶瓷侧反应层的宽度由0.4μm显著增加至8.4μm，而钎缝区的宽度由123μm降低至53μm.接头的抗剪强度随钎焊温度的升高呈现出先增加后降低的变化趋势.当钎焊温度为760℃、保温10 min时，接头的抗剪强度最高为72 MPa.温度的增加导致接头界面中脆性化合物增加，残余应力增大，接头抗剪强度因此下降.断裂发生在钎缝边缘，随后沿着钎缝中的脆性Cu₇In₃和TiNi₃扩展至陶瓷基体，使得接头失效．

关键词

Si C / Kovar / 活性钎焊 / 界面组织 / 力学性能

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52175357,52222511)