2.9 陶瓷的反应成形法和反应烧结法焊接

2.9.1 陶瓷的反应成形法焊接

陶瓷的反应成形法焊接是从SiC陶瓷的反应成形中发展而来的，目前主要用于焊接SiC基陶瓷和其纤维增强复合材料。目的主要是克服金属中间层钎焊或扩散焊时，接头使用温度低于母材，以及因金属与陶瓷的线胀系数不匹配而产生残余应力，而使接头性能降低的一种方法。

陶瓷的反应成形法的焊接工艺是：先将碳的化合物置于接头区域，将工件装在夹具上，在110～120℃下干燥10～20min，使其与焊件粘合在一起，然后将Si或含Si的合金制成片状、膏状或悬浮液状置于接头区，加热到1250～1425℃，保温10～15min，熔化的Si或含Si合金与碳反应形成SiC及含量可控的Si或其他相。接头厚度可以通过调整含碳物和夹紧力来控制，接头厚度与成分对其低温和高温性能有明显的影响。

采用反应成形法焊接的RBSiC（反应烧结SiC）陶瓷接头，其显微组织由基体Si相与粗细不均匀的SiC颗粒组成，接头中还存在一些空洞。用反应成形法焊接RBSiC（反应烧结SiC）和烧结SiC陶瓷接头时，接头和母材在不同试验温度下的四点抗弯强度在图2-45中给出。接头一般都断在连接层中。

还可以将树脂陶瓷化来焊接陶瓷。用Preceremic聚合物SR350硅酮树脂，在纯酒精中将其溶解为4300g/L的浆料，将此浆料涂在陶瓷表面上，将两陶瓷夹在一起形成接头，并加压12.7kPa，在空气中加热200℃保温2h，以得到完全交联的热固性硅酮树脂，并形成均匀厚度约为14～18μm的聚合物连接层。然后，在流动的氩气中加热到800～1200℃保温60min。加热和冷却速度都非常慢，约1℃/min，以减少因线胀系数的不匹配而产生的残余压力。在这个温度下保温过程中，聚合物向陶瓷转变形成Si-O-C非晶体的共价键陶瓷，此陶瓷作为无机黏结剂将使两块RBSiC连接在一起形成化学键。硅酮树脂聚合物分解得到的Si-O-C非晶体的共价键陶瓷的平均线胀系数为3.14×10 ^-6 K ^-1 ，而RBSiC陶瓷在20～1200℃范围内的平均线胀系数为4.5×10 ^-6 K ^-1 。用这种方法焊接的RBSiC陶瓷接头的四点抗弯强度将随焊接温度而变（见图2-46）。这是因为温度不同，连接层厚度不同。温度越高，连接层厚度越低，在800℃、1000℃、1200℃时的连接层厚度分别为6.5μm、4.5μm、2.5μm。

2.9.2 陶瓷的反应烧结法焊接

用锆石粉烧结法可以焊接Al ₂ O ₃ 陶瓷和莫来石陶瓷。锆石粉（粒度1.2μm和1.5μm）用质量分数为1%的散凝剂与30%或60%的乙醇混合，将被焊陶瓷面磨到表面粗糙度达 Ra 1μm后，涂抹上锆石粉混合液，装配后在60℃下干燥24h，在1600～1680℃下焙烧1.5h。

锆石与莫来石是稳定而固相相容的材料。锆石在包晶温度（约1600℃）以上形成ZrO ₂ 和液相，此液相与莫来石不平衡。莫来石溶入液相，其成分沿液相线移动，液相润湿莫来石基体。液相凝固形成玻璃相，玻璃相含量及组织与锆石含量有关，锆石含量高，玻璃相含量大，而且，玻璃相促进ZrO ₂ 晶粒的粗化。表2-46给出了用锆石粉烧结法焊接Al ₂ O ₃ 陶瓷和莫来石陶瓷接头在室温和1200℃时的四点抗弯强度。用质量分数为40%的锆石粉烧结法来焊接Al ₂ O ₃ 陶瓷，也可得到良好的焊接接头。