Through the application of solution thermodynamic principles, brazing alloys based on the Ni/Cr ratio of AWS BNi-5 (Ni-18Cr-19Si (atom%);​ Ni/Cr=3.46) were designed for brazing SiC to itself and Nb.

The optimum alloy composition for SiC-SiC joints was computed to be Ni14.5Cr-35Si (atom%). Brazing experiments were conducted to assess the effect of changing the Si content of the brazing alloy away from the calculated optimum on the joint microstructures and strengths. For alloys containing less than 37 atom% Si excessive reaction was observed, resulting in the formation of a porous reaction zone at the brazing alloy/SiC interface and poor joint strengths, the thickness of the porous zone decreasing and the joint strength increasing as the brazing alloy composition approached 37 atom% Si. The most favourable joint microstructures and highest joint strengths (N100MPa) were observed for the 37 atom% Si brazing alloy, in excellent agreement with the thermodynamic mode!. For alloys containing greater than 37 atom% Si, the microstructures exhibited localized debonding of the brazing alloys from the SiC and poorer joint strengths, also in good agreement with the thermodynamic mode!.

For the SiC-Nb brazing study, the thermodynamic modelling procedure determined that a series of Ni-Cr-Si-Nb alloys were suitable for forming bonds. Brazing experiments were performed using two of the "optimum" brazing alloy compositions (i.e. Ni-lI.6Cr-29Si-19Nb and Ni-lI.2Cr-20Si-30Nb (atom%)) and two alloys of lower Si and Nb contents in order to assess the predictions of the thermodynamic model through evaluation of the joint microstructures. Ail of the joints exhibited porous reaction zones, with the thickness of the reaction zone decreasing as the Si and Nb content of the brazing alloys approached the computed optima. However, due to cracking and solidification porosity in the brazing alloy, these joints were found to be unsuitable for engineering applications.

It was concluded that the solution thermodynamic method developed in this thesis was very useful for selecting Ni-based (Ni/Cr=3.46) brazing alloy compositions suitable for forming SiC-SiC and SiC-Nb bonds.

Des a11lages de brasage du matériau SiC avec lui-même et avec le Nb, basés sur le ratio NI/Cr du AWS BNi-5 (NI-18Cr-19SI (%atomlquel;​ Nl/Cr=3.46) ont été élaborés grâce à l'application des principes thermodynamiques pour les solutions.

Ainsi, une composition optimale de Ni-14.5Cr-35Si (%atomique) a été calculée pour l'a11lage de brasage des joints SiC-SIC. Des expériences de brasage ont été menées dans le but d'évaluer l'éffet sur la microstructure et la résistance des joints, d'une variation de la teneur en Si de l'alliage de brasage autour de la valeur optimale calculée. Pour des alliages contenants moins de 37% atomique de Si, une réaction important a été observée, entraînant la formation d'une zone de réaction poreuse à l'interface alliage de brasage/SiC et une faible résistance du joint;​ l'épaisseur de la zone poreuse dimunue et la résistance du joint augmente à mesure que la composition de l'alliage de brasage approche 37% atomique de Si. L'alliage de brasage contenant 37% atomique de Si présente une bonne microstructure et une résistance de joint élevée (~l OOMPa), ce qui concorde parfaitement avec le modèle thermodynamique. La microstructure des alliages contenants plus de 37% atomique de Si présente des décohésions locales de l'alliage de brasage avec le SiC et une faible résistance de joint, ce qui est aussi en bon accorj avec le modèle thermodynamique.

Une série d'alliages de brasage du type Ni-Cr-Si-Nb pour le joint SiC-Nb a été déterminée grâce au modèle thermodynamique. L'étude de la microstructure des joints formés à partir de deux alliages de brasage de composition "optimale" (i.e. Ni-11.6Cr-29Si-19Nb et Ni-l1.2Cr-20Si-30Nb (%atomique)) et de deux alliages à faible teneur en Si et Nb, a permis d'évaluer les prédictions du modèle thermodynamique. Tous les joints présentent une zone de réaction poreuse dont l'épaisseur diminue à mesure que la teneur en Si et Nb de l'alliage de brasage approche la valeur optimale calculée. Cependant, ces joints ne conviennent pas à des applications industrielles car ils contiennent des fissures et une porosité de solidification.

En conclusion, la méthode thermodynamique pour les solutions, développée dans cette thèse, a été trés utile pour sélectionner la composition des alliages nickel de brasage des joints SiC-SiC et SiC-Nb.