Ag-Cu-Ti+TiNp钎焊Si 3 N 4 陶瓷/Fe基合金接头的组织性能及连接机理研究
发布时间：2023-04-10 01:48
Si3N4陶瓷具有优异的抗氧化、抗腐蚀和抵抗冷热冲击的能力,同时兼具低密度、高硬度、耐磨损等一系列优点。通过Si3N4陶瓷与金属连接,将陶瓷的耐高温、抗磨损、耐腐蚀、高的强度硬度与金属的强韧性、热传导性结合起来,可以取长补短并扩大陶瓷构件的应用范围。然而陶瓷和金属的物理性能,尤其是热膨胀系数有很大的差异,在从高温连接冷却过程中由于热收缩的差异会在接头中产生较大的残余应力。本课题在国家自然科学基金项目(50975064、51321061以及51372049)的资助下,以实现Si3N4陶瓷与金属的可靠连接并缓解接头残余应力为出发点,探索使用复合钎料钎焊方法达到Si3N4陶瓷与42Cr Mo钢(Invar合金)的高性能连接,分析接头应力分布、接头微观组织构成并探索最佳钎焊工艺参数和最优化钎料成分配比,并综合阐述接头连接机理及增强机制。通过研究不同体积分数Ti Np增强的Ag-Cu-Ti活性钎料在Si3N4陶瓷上的润湿行为发现,复合钎料在陶瓷上的润湿经历初始熔融钎料的缓慢接触铺展、接触角的快速降低及缓慢降低三个阶段。复合钎料与陶瓷界面生成Ti-N+Ti-Si反应层并延伸至三相线前沿,为典型的反...
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的目的和意义
1.2 陶瓷连接技术的发展
1.2.1 熔化焊
1.2.2 自蔓延高温合成(SHS)连接
1.2.3 混合氧化物玻璃焊接
1.2.4 扩散焊
1.2.5 钎焊连接
1.3 母材与钎料合金的作用机制
1.3.1 润湿性研究
1.3.2 液态钎料与母材界面作用研究
1.4 接头残余应力分析及缓解方法
1.4.1 陶瓷/金属接头残余应力的测定及数值模拟
1.4.2 陶瓷/金属连接中间层设计
1.4.3 复合钎料连接陶瓷/金属的研究现状
1.5 本文研究思路及主要研究内容
第2章 试验材料、设备及研究方法
2.1 试验用原材料
2.1.1 钎焊母材
2.1.2 中间层材料
2.2 试验设备及方法
2.3 钎焊接头组织和性能表征
2.3.1 接头微观组织构成分析
2.3.2 接头力学性能测试
第3章 钎料润湿行为研究及Si3N4/42CrMo(Invar)钎焊接头组织表征
3.1 引言
3.2 钎料在Si3N4陶瓷上的反应润湿性研究
3.2.1 Ag-Cu-Ti钎料在Si3N4陶瓷上润湿行为研究
3.2.2 Ag-Cu-Ti+TiNp复合钎料在Si3N4陶瓷上润湿行为研究
3.3 钎料在金属母材上的润湿行为研究
3.3.1 钎料在42CrMo钢上润湿行为研究
3.3.2 钎料在Invar合金上润湿行为研究
3.4 润湿性及铺展机制分析
3.5 增强相TiNp与活性元素Ti作用机制研究
3.6 Si3N4/42CrMo(Invar)钎焊接头组织特征
3.6.1 Si3N4/42CrMo钎焊接头的微观结构
3.6.2 Si3N4/Invar钎焊接头典型显微组织分析
3.7 本章小结
第4章 Si3N4/42CrMo(Invar)钎焊接头应力场模拟
4.1 引言
4.2 Si3N4/42CrMo(Invar)接头应力有限元模型的建立
4.2.1 Ag-Cu-Ti+TiNp复合钎料相关性能参数的有限元模拟
4.2.2 Si3N4/42CrMo接头有限元模型的建立
4.2.3 Si3N4/Invar接头有限元模型的建立
4.3 Si3N4/42CrMo钢接头应力有限元模拟分析
4.3.1 Si3N4陶瓷/42CrMo钢接头应力场有限元模拟结果
4.3.2 有限元模拟与实际试验结果对比验证
4.3.3 Si3N4/42CrMo接头热应力影响因素的有限元模拟
4.4 Si3N4/Invar合金接头应力有限元模拟研究
4.4.1 Si3N4陶瓷/Invar合金接头应力场有限元模拟结果
4.4.2 有限元模拟与实际试验结果对比验证
4.4.3 Si3N4/Invar合金接头热应力影响因素的有限元模拟
4.5 引入增强体的子模型有限元模拟分析
4.5.1 子模型应力场有限元模拟结果
4.5.2 增强体尺寸对接头应力分布的影响
4.6 本章小结
第5章 Si3N4/42CrMo(Invar)钎焊体系组织性能优化
5.1 引言
5.2 Ag-Cu-Ti+TiNp复合钎料钎焊连接Si3N4陶瓷/42CrMo钢
5.2.1 复合钎料中TiNp和Ti成分配比优化
5.2.2 增强体颗粒尺寸对接头组织和性能的影响
5.3 Ag-Cu-Ti+TiNp复合钎料钎焊连接Si3N4陶瓷/Invar合金
5.3.1 钎焊温度对接头组织和性能的影响
5.3.2 保温时间对接头组织和性能的影响
5.3.3 增强体含量对接头组织和性能的影响
5.4 Ag-Cu-Ti+TiNp复合钎料钎焊增强机制分析
5.5 Ag-Cu-Ti+TiNp钎焊Si3N4/42CrMo(Invar)接头的连接机理
5.6 本章小结
结论
创新点
展望
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
本文编号：3788107
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的目的和意义
1.2 陶瓷连接技术的发展
1.2.1 熔化焊
1.2.2 自蔓延高温合成(SHS)连接
1.2.3 混合氧化物玻璃焊接
1.2.4 扩散焊
1.2.5 钎焊连接
1.3 母材与钎料合金的作用机制
1.3.1 润湿性研究
1.3.2 液态钎料与母材界面作用研究
1.4 接头残余应力分析及缓解方法
1.4.1 陶瓷/金属接头残余应力的测定及数值模拟
1.4.2 陶瓷/金属连接中间层设计
1.4.3 复合钎料连接陶瓷/金属的研究现状
1.5 本文研究思路及主要研究内容
第2章 试验材料、设备及研究方法
2.1 试验用原材料
2.1.1 钎焊母材
2.1.2 中间层材料
2.2 试验设备及方法
2.3 钎焊接头组织和性能表征
2.3.1 接头微观组织构成分析
2.3.2 接头力学性能测试
第3章 钎料润湿行为研究及Si3N4/42CrMo(Invar)钎焊接头组织表征
3.1 引言
3.2 钎料在Si3N4陶瓷上的反应润湿性研究
3.2.1 Ag-Cu-Ti钎料在Si3N4陶瓷上润湿行为研究
3.2.2 Ag-Cu-Ti+TiNp复合钎料在Si3N4陶瓷上润湿行为研究
3.3 钎料在金属母材上的润湿行为研究
3.3.1 钎料在42CrMo钢上润湿行为研究
3.3.2 钎料在Invar合金上润湿行为研究
3.4 润湿性及铺展机制分析
3.5 增强相TiNp与活性元素Ti作用机制研究
3.6 Si3N4/42CrMo(Invar)钎焊接头组织特征
3.6.1 Si3N4/42CrMo钎焊接头的微观结构
3.6.2 Si3N4/Invar钎焊接头典型显微组织分析
3.7 本章小结
第4章 Si3N4/42CrMo(Invar)钎焊接头应力场模拟
4.1 引言
4.2 Si3N4/42CrMo(Invar)接头应力有限元模型的建立
4.2.1 Ag-Cu-Ti+TiNp复合钎料相关性能参数的有限元模拟
4.2.2 Si3N4/42CrMo接头有限元模型的建立
4.2.3 Si3N4/Invar接头有限元模型的建立
4.3 Si3N4/42CrMo钢接头应力有限元模拟分析
4.3.1 Si3N4陶瓷/42CrMo钢接头应力场有限元模拟结果
4.3.2 有限元模拟与实际试验结果对比验证
4.3.3 Si3N4/42CrMo接头热应力影响因素的有限元模拟
4.4 Si3N4/Invar合金接头应力有限元模拟研究
4.4.1 Si3N4陶瓷/Invar合金接头应力场有限元模拟结果
4.4.2 有限元模拟与实际试验结果对比验证
4.4.3 Si3N4/Invar合金接头热应力影响因素的有限元模拟
4.5 引入增强体的子模型有限元模拟分析
4.5.1 子模型应力场有限元模拟结果
4.5.2 增强体尺寸对接头应力分布的影响
4.6 本章小结
第5章 Si3N4/42CrMo(Invar)钎焊体系组织性能优化
5.1 引言
5.2 Ag-Cu-Ti+TiNp复合钎料钎焊连接Si3N4陶瓷/42CrMo钢
5.2.1 复合钎料中TiNp和Ti成分配比优化
5.2.2 增强体颗粒尺寸对接头组织和性能的影响
5.3 Ag-Cu-Ti+TiNp复合钎料钎焊连接Si3N4陶瓷/Invar合金
5.3.1 钎焊温度对接头组织和性能的影响
5.3.2 保温时间对接头组织和性能的影响
5.3.3 增强体含量对接头组织和性能的影响
5.4 Ag-Cu-Ti+TiNp复合钎料钎焊增强机制分析
5.5 Ag-Cu-Ti+TiNp钎焊Si3N4/42CrMo(Invar)接头的连接机理
5.6 本章小结
结论
创新点
展望
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
本文编号：3788107
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