方钴矿系热电模块钎焊工艺及机理研究

发布时间：2017-11-20 00:27

  本文关键词：方钴矿系热电模块钎焊工艺及机理研究

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【摘要】：热电技术是近年来一项研究热点。本文针对一类镧和镱填充的性能优异的热电材料,综合研究了其在连接构成发电模块以及后续使用中会出现的问题,制定了良好的焊接工艺。采用Ag-Cu-Zn-Sn钎料对Cu电极及热电材料防扩散保护层进行了钎焊,发现在防扩散保护层表面电镀镍层后钎焊界面致密性显著增加;通过力学性能测试、XRD分析、能谱分析等,确定在电镀镍时间20min、钎焊温度710℃、保温时间15min时接头最高抗剪切强度可达72MPa,典型界面结构为:保护层/Ni/(Cu,Ni)+Cu Ni2Sn+小斑点状Ag(s,s)/Ag(s,s)+Cu(s,s)+带状Cu Ni2Sn/Cu(s,s)/Cu母材;通过DSC对接头重熔温度进行了检测,重熔固相线均在700℃以上,并且随着钎焊温度升高而略有升高,能满足650℃短时耐热要求;进一步考察接头长期高温工作能力的热时效结果表明,该体系除了在界面端口产生少量Zn挥发气孔外,内部未产生缺陷,一定情况下满足使用要求;提出Zn挥发的热力学和动力学模型,并进行相关热力学计算解释了Zn在该体系工作时的行为;采用真空感应熔炼的方式制备了一种真空不挥发的Ag-Cu-In-Sn钎料;在保护层电镀镍条件下进行焊接,发现由于Sn含量增加而反应产生层状Cu Ni2Sn相,导致整体开裂,并且界面出现孔洞,无法通过调整工艺消除;采用保护层上镀铜方式进行了钎焊研究,发现电镀铜层在基体上难附着,且与保护层缺乏有效结合;采用镍/铜复合镀层的方法,在镀镍20min、镀铜20min、钎焊温度660℃、保温时间10min下得到接头最高剪切强度为84.3MPa,典型界面结构为:保护层/Ni/Cu(s,s)+Cu Ni2Sn/大块Ag(s,s)+残余Cu(s,s)+Cu3Sn+Cu3.02Sn0.98/Cu(s,s)+小颗粒Ag(s,s)/Cu母材;对接头DSC分析发现重熔温度也在700℃以上,满足使用要求;时效考察结果表明,在镀镍20min、镀铜20min时,Ni含量过高,在长期加热铜层消耗完后依旧会与Sn产生脆性层,不满足使用要求;调整膜层结构,当镀镍5min、镀铜30min时,铜占优势最终形成铜镍固溶体,很好满足使用要求。制备了热电材料,采用镀镍5min、镀铜20min的复合镀层加Ag-Cu-In-Sn钎料构造了两对相连的热电模块,其电性能表现良好,输出电压随温差增加显著增加,但接触电阻依旧过大,原因是冷端锡焊铺展和接触不完全。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG454

【参考文献】

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本文编号：1205467