Sn-Ti对石墨和陶瓷的润湿及低温连接机理研究

发布时间：2022-04-26 22:24

　　石墨材料具有良好抗热震性和润滑性,高热导率等优点,陶瓷具有机械性能好和介电常数高等优点,其在工业中具有广泛的应用。而为了充分发挥其性能优势,常常需要实现其连接。钎焊是一种常用的连接石墨、陶瓷材料的方法,目前,主要采用Ni基、Ag基和Cu基等高温钎料实现其连接,该种高温连接方式常常导致接头开裂,低温连接是解决此问题的有效途径之一。在低温连接领域,Sn基合金是应用最为广泛的一种钎料,然而该钎料主要针对金属与金属的连接。因此,采用Sn基合金实现石墨、陶瓷的低温冶金连接具有重要意义。要实现低温连接,保证钎料良好的润湿石墨、陶瓷是关键,本文将以石墨为首要研究对象,从润湿界面的第一性原理计算出发,探究活性元素促进润湿的本质,然后开展润湿性测试,研究Sn基钎料在石墨表面的润湿行为,在润湿性研究结果的指导下开展预金属化辅助低温连接,并与直接连接结果进行对比。在此基础上,探究预金属化辅助低温连接在SiC、ZrO2陶瓷上的适用性。基于第一性原理计算得到Sn-Ti润湿石墨过程中的初始界面、吸附界面和反应界面的界面结合特性。首先分析了 Sn和石墨的体相特征,Sn以金属键为主还具有一定共价键,石墨的同层C原子之... 

【文章页数】：145 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 润湿理论研究进展
        1.2.1 润湿的表征
        1.2.2 润湿的分类
        1.2.3 润湿驱动机制
        1.2.4 金属/陶瓷体系铺展动力学模型
    1.3 金属/石墨和金属/陶瓷体系润湿和连接研究现状
        1.3.1 金属/石墨体系润湿和连接研究现状
        1.3.2 金属/ZrO_2陶瓷体系润湿和连接研究现状
        1.3.3 金属/SiC陶瓷体系润湿和连接研究现状
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 试验及计算方法
    2.1 试验材料
        2.1.1 母材
        2.1.2 Sn基钎料
    2.2 试验设备及工艺
        2.2.1 高温润湿性测试设备及工艺
        2.2.2 连接与金属化设备及过程
    2.3 微观组织分析及性能测试
        2.3.1 微观组织分析
        2.3.2 力学性能测试
    2.4 第一性原理计算方法
        2.4.1 第一性原理计算原理
        2.4.2 计算方法与分析手段
第3章 Sn-Ti/石墨界面特性的第一性原理研究
    3.1 引言
    3.2 Sn/石墨界面第一性原理计算
        3.2.1 体相模型及参数选取
        3.2.2 体相性能
        3.2.3 表面结构及性能
        3.2.4 Sn(001)/石墨(0001)界面模型
        3.2.5 Sn(001)/石墨(0001)界面特性
    3.3 Sn-Ti/石墨界面结构和结合特性
        3.3.1 Sn-Ti/石墨界面结构
        3.3.2 Sn-Ti/石墨界面特性
    3.4 Sn/TiC界面结构和结合特性
        3.4.1 TiC体相模型及参数选取
        3.4.2 TiC体相特性
        3.4.3 TiC(001)表面特性
        3.4.4 Sn(001)/TiC(001)界面模型
        3.4.5 Sn(001)/TiC(001)界面特性
    3.5 本章小结
第4章 Sn-Ti/石墨体系的润湿及低温连接机理研究
    4.1 引言
    4.2 Ti对Sn/石墨体系润湿行为的影响
        4.2.1 铺展行为
        4.2.2 界面微观组织分析
        4.2.3 界面反应热力学和润湿性分析
        4.2.4 润湿动力学分析
    4.3 Cr对Sn/石墨体系润湿行为的影响
        4.3.1 铺展行为
        4.3.2 界面微观组织分析
        4.3.3 润湿性和铺展动力学分析
    4.4 Cr和Ti对Sn在石墨表面润湿行为的对比
    4.5 Sn-Ti/石墨体系连接机理研究
        4.5.1 石墨与石墨的直接钎焊
        4.5.2 石墨与石墨的低温连接
        4.5.3 石墨/石墨接头强度分析
    4.6 本章小结
第5章 Sn-Ti/陶瓷体系的润湿及低温连接机理研究
    5.1 引言
    5.2 Sn-Ti/ZrO_2体系的润湿及低温连接机理研究
        5.2.1 铺展行为
        5.2.2 界面微观组织分析
        5.2.3 润湿性及铺展机制
        5.2.4 ZrO_2陶瓷的连接机理研究
    5.3 Sn-Ti/SiC体系的润湿及低温连接机理研究
        5.3.1 SiC表面分析
        5.3.2 铺展行为
        5.3.3 界面微观组织分析
        5.3.4 润湿性及铺展机制
        5.3.5 SiC陶瓷的连接机理研究
    5.4 Sn-Ti/AlN体系的润湿机理研究
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]Joining of Cf/SiC composite to GH783 superalloy with NiPdPtAu-Cr filler alloy and a Mo interlayer[J]. Wen-Wen Li,Bo Chen,Hua-Ping Xiong,Wen-Jiang Zou,Hai-Shui Ren.  Journal of Materials Science & Technology. 2019(09)
[2]Microstructure and properties of an Al–Ti–Cu–Si brazing alloy for SiC–metal joining[J]. Chun-duo Dai,Rui-na Ma,Wei Wang,Xiao-ming Cao,Yan Yu.  International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2017(05)
[3]金属/陶瓷的润湿性[J]. 李菊,宫本奎,孙全胜.  山东冶金. 2007(06)
[4]金属/陶瓷润湿性研究的综述[J]. 陈康华,包崇玺,刘红卫.  材料导报. 1997(02)

博士论文
[1]TiC基金属陶瓷界面结合的第一性原理研究[D]. 申玉芳.广西大学 2012

硕士论文
[1]SiC陶瓷与Al基和Sn基钎料钎焊界面结合特性的模拟计算[D]. 韩雨彤.哈尔滨工业大学 2016



本文编号：3648840