高体积分数SiC p /Al复合材料激光焊接技术研究
发布时间：2021-08-07 08:58
高体积分数Si Cp/Al复合材料是航空航天、仪表、汽车等领域电子封装外壳的理想材料。但是高体积分数的Si C颗粒导致材料可焊性低,大大制约了其在电子封装领域的应用。本文以激光诱发Ti与增强相颗粒原位反应抑制界面反应为思路,开展了以CO2连续型激光器为热源,TA2为中间层添加材料的高体积分数（65%）Si Cp/Al复合材料激光焊接试验研究。研究内容包括:采用单因素试验、正交试验对焊缝成形质量、力学性能、断裂行为进行了考察,进一步分析了焊缝成分、熔池反应机理与结晶行为,重点观察了原位反应对界面反应的抑制作用。模拟电子封装试验,使用氦质谱检漏仪测试了封装盒体气密性。主要研究成果如下:（1）单因素试验结果显示,线能量对焊缝成形质量有很大影响,焊缝熔深和熔宽随线能量增大而呈增大趋势,当线能量在0.30.8KJ/cm区间内,激光功率为10001500W,焊接速度为0.52m/min,中间层厚度0.30.5mm,0.20.5个大气压的纯氩气保护下焊接所得焊缝连续、美观、无缺陷,是满足封装...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳化硅颗粒增强铝基复合材料腹鳍
国内外军工、航天、汽车等各大领域已经开始应用 SiCp/Al 复合材料。20 世纪 90 年代末，高体积分数 SiC/Al 材料已经在美国的 F16 战斗机腹鳍（图 1.1）、F22 战斗机火控雷达和机载电子设备、DSCS 一Ⅲ型军用通讯卫星、通用汽车的电动汽车 IGBT 驱动等领域获得了正式应用。Eurocopter 公司生产的 EC-120 和 N4 直升机旋翼系统（图 1.2）的一级关键零件上，通过使用 SiCp/Al 复合材料，可以减重 30KG 以上[12]。国内已经开始将 SiCp/Al 复合材料应用在飞机雷达、微波组件封装等元器件上。且自主制备技术已趋完善，如北京航空材料研究院、湖南浩威特科技发展有限公司、西安明科等单位已经可以小批量提供高体积分数 SiC/Al 材料[13-20]。
扩散焊在不熔化材料的情况下，可实现传统方法很难完成的异种材料的焊接，它的特点是焊接接头质量稳定，连接强度高，接头高温性能和耐腐蚀性能好[31]。国内外研究人员对于扩散焊应用在 SiCp/Al 的焊接中开展了很多有意义的试验，针对扩散焊中参数的优化，得到了一些结论[32-35]。文献表明，影响扩散焊接的主要因素是焊接温度，在液固相之间存在最佳临界温度，在此温度下基体元素渗入增强相界面的活性最好。张新平等人[36]研究发现，当提高 SiCp/6061Al中 SiC 颗粒的含量时，连接接头的抗剪切强度反之变低，如图 1.3 所示。这是因为增强相颗粒互相接触的概率增加，因此要想提高接头强度，改善结合性能是重要途径。文献表明，在扩散焊接过程中，添加中间层材料对焊接效果有明显提升。这是因为添加中间层材料后，比较弱的结合形式增强相—增强相消失，转而出现结合性能较好的中间层—母材，同时，通过添加某些可以破除基体表明氧化膜的材料，可以进一步提高结合能力。文献[37]中指出，通过添加合适填充材料，基体中的 SiC 颗粒由于挤压作用渗入到添加材料中，从而降低了没有增强体的区域面积，可以增加焊缝强度。赵明久等人[38]在试验中用纯 Al 作为中间层来连接铝基复合材料（15%SiCp/Al），结果表明，当连接温度为 570℃，压力为 16MPa，时间为 60min 时，可以得到较强的接头强度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝基复合材料TLP扩散焊接头的组织及性能[J]. 陈思杰,朱春莉,魏明强. 热加工工艺. 2014(17)
[2]颗粒增强铝基复合材料研究与应用发展[J]. 樊建中,石力开. 宇航材料工艺. 2012(01)
[3]金属基复合材料的现状与发展趋势[J]. 张荻,张国定,李志强. 中国材料进展. 2010(04)
[4]铝基复合材料的活性液相扩散焊新工艺[J]. 张贵锋,张建勋,李思玉,韦中新. 西安交通大学学报. 2009(11)
[5]颗粒增强铝基复合材料研究与应用进展[J]. 蒋宇梅,颜金华. 中国科技信息. 2009(20)
[6]颗粒增强铝基复合材料在航空航天领域的应用[J]. 金鹏,刘越,李曙,肖伯律. 材料导报. 2009(11)
[7]SiCp/Al复合材料的电火花加工实验研究[J]. 周家林,黄树涛,左庆新,崔岩. 制造技术与机床. 2008(09)
[8]颗粒增强铝基复合材料扩散焊接研究现状[J]. 许惠斌,伍光凤,罗怡,李春天,叶宏. 热加工工艺. 2008(13)
[9]含Ni夹层SiCp/2014Al铝基复合材料扩散焊[J]. 冯涛,吴鲁海,楼松年. 航空材料学报. 2006(04)
[10]AlSiC电子封装材料及构件研究进展[J]. 熊德赣,程辉,刘希从,赵恂,鲍小恒,杨盛良,堵永国. 材料导报. 2006(03)
硕士论文
[1]55vol.%SiCp/A356复合材料超声钎焊工艺研究[D]. 吴琼.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3327494
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碳化硅颗粒增强铝基复合材料腹鳍
国内外军工、航天、汽车等各大领域已经开始应用 SiCp/Al 复合材料。20 世纪 90 年代末，高体积分数 SiC/Al 材料已经在美国的 F16 战斗机腹鳍（图 1.1）、F22 战斗机火控雷达和机载电子设备、DSCS 一Ⅲ型军用通讯卫星、通用汽车的电动汽车 IGBT 驱动等领域获得了正式应用。Eurocopter 公司生产的 EC-120 和 N4 直升机旋翼系统（图 1.2）的一级关键零件上，通过使用 SiCp/Al 复合材料，可以减重 30KG 以上[12]。国内已经开始将 SiCp/Al 复合材料应用在飞机雷达、微波组件封装等元器件上。且自主制备技术已趋完善，如北京航空材料研究院、湖南浩威特科技发展有限公司、西安明科等单位已经可以小批量提供高体积分数 SiC/Al 材料[13-20]。
扩散焊在不熔化材料的情况下，可实现传统方法很难完成的异种材料的焊接，它的特点是焊接接头质量稳定，连接强度高，接头高温性能和耐腐蚀性能好[31]。国内外研究人员对于扩散焊应用在 SiCp/Al 的焊接中开展了很多有意义的试验，针对扩散焊中参数的优化，得到了一些结论[32-35]。文献表明，影响扩散焊接的主要因素是焊接温度，在液固相之间存在最佳临界温度，在此温度下基体元素渗入增强相界面的活性最好。张新平等人[36]研究发现，当提高 SiCp/6061Al中 SiC 颗粒的含量时，连接接头的抗剪切强度反之变低，如图 1.3 所示。这是因为增强相颗粒互相接触的概率增加，因此要想提高接头强度，改善结合性能是重要途径。文献表明，在扩散焊接过程中，添加中间层材料对焊接效果有明显提升。这是因为添加中间层材料后，比较弱的结合形式增强相—增强相消失，转而出现结合性能较好的中间层—母材，同时，通过添加某些可以破除基体表明氧化膜的材料，可以进一步提高结合能力。文献[37]中指出，通过添加合适填充材料，基体中的 SiC 颗粒由于挤压作用渗入到添加材料中，从而降低了没有增强体的区域面积，可以增加焊缝强度。赵明久等人[38]在试验中用纯 Al 作为中间层来连接铝基复合材料（15%SiCp/Al），结果表明，当连接温度为 570℃，压力为 16MPa，时间为 60min 时，可以得到较强的接头强度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝基复合材料TLP扩散焊接头的组织及性能[J]. 陈思杰,朱春莉,魏明强. 热加工工艺. 2014(17)
[2]颗粒增强铝基复合材料研究与应用发展[J]. 樊建中,石力开. 宇航材料工艺. 2012(01)
[3]金属基复合材料的现状与发展趋势[J]. 张荻,张国定,李志强. 中国材料进展. 2010(04)
[4]铝基复合材料的活性液相扩散焊新工艺[J]. 张贵锋,张建勋,李思玉,韦中新. 西安交通大学学报. 2009(11)
[5]颗粒增强铝基复合材料研究与应用进展[J]. 蒋宇梅,颜金华. 中国科技信息. 2009(20)
[6]颗粒增强铝基复合材料在航空航天领域的应用[J]. 金鹏,刘越,李曙,肖伯律. 材料导报. 2009(11)
[7]SiCp/Al复合材料的电火花加工实验研究[J]. 周家林,黄树涛,左庆新,崔岩. 制造技术与机床. 2008(09)
[8]颗粒增强铝基复合材料扩散焊接研究现状[J]. 许惠斌,伍光凤,罗怡,李春天,叶宏. 热加工工艺. 2008(13)
[9]含Ni夹层SiCp/2014Al铝基复合材料扩散焊[J]. 冯涛,吴鲁海,楼松年. 航空材料学报. 2006(04)
[10]AlSiC电子封装材料及构件研究进展[J]. 熊德赣,程辉,刘希从,赵恂,鲍小恒,杨盛良,堵永国. 材料导报. 2006(03)
硕士论文
[1]55vol.%SiCp/A356复合材料超声钎焊工艺研究[D]. 吴琼.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3327494
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