复合钎料层连接多孔Si 3 N 4 陶瓷/Invar合金接头的组织及性能研究
发布时间：2024-05-19 18:04
多孔Si3N4陶瓷密度较低,具有良好的介电性能和一定的承载能力,是导弹天线罩的理想材料。由于陶瓷材料本身加工性能较差,难以直接进行装配,需要先与Invar合金连接环连接。由于陶瓷与金属之间物理和机械性能具有较大差异,因此在焊后冷却中将会在界面附近产生较大的残余应力,多孔Si3N4陶瓷本身强度较低,残余应力将会对其产生明显影响。本课题在Ag-Cu-Ti经典钎料的基础上进行改进,设计了Ag-Cu-Ti(+Mop)/Cu/Ag-Cu复合钎料(其中Mop即Mo颗粒)钎焊多孔Si3N4陶瓷与Invar合金,探索了最佳的钎料成分以及钎焊工艺,阐述了接头形成机理,通过有限元模拟对接头应力进行了分析。本文探索了液态钎料对两侧母材的润湿行为。Ag-Cu-Ti钎料以及Ag-Cu-Ti+Mop复合钎料对多孔Si3N4陶瓷母材的润湿过程分为钎料初始熔化铺展、持续铺展以及趋...
【文章页数】：128 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 物理连接
1.2.2 固相扩散焊
1.2.3 过渡液相扩散焊
1.2.4 自蔓延高温合成连接
1.2.5 钎焊
1.3 陶瓷母材与钎料的相互作用研究
1.4 液态钎料与金属母材之间相互作用研究
1.5 接头应力分析及缓解方法
1.5.1 陶瓷/金属接头应力分析与数值模拟
1.5.2 陶瓷/金属连接中间层设计
1.5.3 复合钎料连接陶瓷/金属的研究现状
1.6 本课题主要研究内容
第2章 试验材料及研究方法
2.1 试验用原材料
2.1.1 钎焊母材
2.1.2 钎料材料
2.1.3 焊前处理及装配
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 钎料与母材的润湿行为研究
3.1 钎料在母材上的润湿性研究
3.1.1 Ag-Cu-Ti钎料在多孔Si3N4陶瓷上润湿行为研究
3.1.2 Ag-Cu-Ti+Mop复合钎料在多孔Si3N4陶瓷上润湿行为研究
3.1.3 钎料在Invar合金表面润湿行为研究
3.2 润湿性及铺展机制分析
3.3 本章小结
第4章 多孔Si3N4/Invar钎焊接头组织分析及性能优化
4.1 Ag-Cu-Ti及Ag-Cu-Ti/Cu/Ag-Cu钎料钎焊连接多孔Si3N4/Invar
4.1.1 Ag-Cu-Ti钎料钎焊接头微观组织
4.1.2 陶瓷侧界面反应层形成机制
4.1.3 Ag-Cu-Ti/Cu/Ag-Cu钎料钎焊接头微观组织
4.1.4 钎料中Ti含量的优化
4.1.5 钎焊温度及Cu中间层厚度的优化
4.1.6 钎焊保温时间的优化
4.1.7 Ag-Cu-Ti及Ag-Cu-Ti/Cu/Ag-Cu钎料钎焊多孔Si3N4/Invar连接机理
4.2 Ag-Cu-Ti+Mop/Cu/Ag-Cu复合钎料钎焊连接多孔Si4N4/Invar
4.2.1 Ag-Cu-Ti+Mop/Cu/Ag-Cu复合钎料钎焊接头微观组织
4.2.2 复合钎料中Cu中间层厚度优化
4.2.3 复合钎料中Mo颗粒与活性元素Ti含量的优化
4.2.4 Ag-Cu-Ti+Mop/Cu/Ag-Cu钎焊多孔Si3N4/Invar接头形成机理
4.3 本章小结
第5章 多孔Si3N4/Invar钎焊接头冷却过程中的应力场模拟
5.1 多孔Si3N4/Invar接头有限元模型的建立
5.1.1 有限元模拟参数的选择
5.1.2 多孔Si3N4/Invar接头有限元模型的建立
5.2 多孔Si3N4/Invar接头有限元模拟研究
5.2.1 多孔Si3N4/Invar接头有限元模拟结果及表征方式的选择
5.2.2 钎料层厚对接头应力分布的影响
5.2.3 Cu中间层厚度对接头应力分布的影响
5.2.4 Mo颗粒的引入及其含量对接头应力分布的影响
5.2.5 反应层厚度对接头应力分布的影响
5.2.6 钎角对接头应力分布的影响
5.3 引入子模型的有限元分析
5.3.1 引入陶瓷多孔结构的子模型应力场模拟
5.3.2 引入反应层渗入结构的子模型应力场模拟
5.3.3 引入Mo颗粒的复合钎料结构的子模型应力场模拟
5.4 本章小结
结论
学位论文创新点
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
本文编号：3978261
【文章页数】：128 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 物理连接
1.2.2 固相扩散焊
1.2.3 过渡液相扩散焊
1.2.4 自蔓延高温合成连接
1.2.5 钎焊
1.3 陶瓷母材与钎料的相互作用研究
1.4 液态钎料与金属母材之间相互作用研究
1.5 接头应力分析及缓解方法
1.5.1 陶瓷/金属接头应力分析与数值模拟
1.5.2 陶瓷/金属连接中间层设计
1.5.3 复合钎料连接陶瓷/金属的研究现状
1.6 本课题主要研究内容
第2章 试验材料及研究方法
2.1 试验用原材料
2.1.1 钎焊母材
2.1.2 钎料材料
2.1.3 焊前处理及装配
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 钎料与母材的润湿行为研究
3.1 钎料在母材上的润湿性研究
3.1.1 Ag-Cu-Ti钎料在多孔Si3N4陶瓷上润湿行为研究
3.1.2 Ag-Cu-Ti+Mop复合钎料在多孔Si3N4陶瓷上润湿行为研究
3.1.3 钎料在Invar合金表面润湿行为研究
3.2 润湿性及铺展机制分析
3.3 本章小结
第4章 多孔Si3N4/Invar钎焊接头组织分析及性能优化
4.1 Ag-Cu-Ti及Ag-Cu-Ti/Cu/Ag-Cu钎料钎焊连接多孔Si3N4/Invar
4.1.1 Ag-Cu-Ti钎料钎焊接头微观组织
4.1.2 陶瓷侧界面反应层形成机制
4.1.3 Ag-Cu-Ti/Cu/Ag-Cu钎料钎焊接头微观组织
4.1.4 钎料中Ti含量的优化
4.1.5 钎焊温度及Cu中间层厚度的优化
4.1.6 钎焊保温时间的优化
4.1.7 Ag-Cu-Ti及Ag-Cu-Ti/Cu/Ag-Cu钎料钎焊多孔Si3N4/Invar连接机理
4.2 Ag-Cu-Ti+Mop/Cu/Ag-Cu复合钎料钎焊连接多孔Si4N4/Invar
4.2.1 Ag-Cu-Ti+Mop/Cu/Ag-Cu复合钎料钎焊接头微观组织
4.2.2 复合钎料中Cu中间层厚度优化
4.2.3 复合钎料中Mo颗粒与活性元素Ti含量的优化
4.2.4 Ag-Cu-Ti+Mop/Cu/Ag-Cu钎焊多孔Si3N4/Invar接头形成机理
4.3 本章小结
第5章 多孔Si3N4/Invar钎焊接头冷却过程中的应力场模拟
5.1 多孔Si3N4/Invar接头有限元模型的建立
5.1.1 有限元模拟参数的选择
5.1.2 多孔Si3N4/Invar接头有限元模型的建立
5.2 多孔Si3N4/Invar接头有限元模拟研究
5.2.1 多孔Si3N4/Invar接头有限元模拟结果及表征方式的选择
5.2.2 钎料层厚对接头应力分布的影响
5.2.3 Cu中间层厚度对接头应力分布的影响
5.2.4 Mo颗粒的引入及其含量对接头应力分布的影响
5.2.5 反应层厚度对接头应力分布的影响
5.2.6 钎角对接头应力分布的影响
5.3 引入子模型的有限元分析
5.3.1 引入陶瓷多孔结构的子模型应力场模拟
5.3.2 引入反应层渗入结构的子模型应力场模拟
5.3.3 引入Mo颗粒的复合钎料结构的子模型应力场模拟
5.4 本章小结
结论
学位论文创新点
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
本文编号：3978261
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