Al_2O_3陶瓷反应金属化及其与紫铜钎焊工艺及机理研究

发布时间：2017-04-24 08:07

  本文关键词：Al_2O_3陶瓷反应金属化及其与紫铜钎焊工艺及机理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Al2O3陶瓷-紫铜复合构件在航空航天、电子工业中有着广泛的应用前景。针对Al2O3陶瓷与紫铜之间的钎焊连接,本文提出了先对Al2O3陶瓷进行反应金属化再与紫铜连接的间接钎焊方法,对反应金属化机理进行了阐述,并研究了金属化粉末中Ti含量和钎焊工艺参数对Al2O3陶瓷/紫铜接头微观组织结构和力学性能的影响。将金属化粉末作为活性钎料对Al2O3陶瓷与紫铜进行直接钎焊,并对比了两种钎焊方法对钎缝组织、接头性能和紫铜母材的影响。综合分析了接头的断裂位置,抗剪强度和接头组织之间的相互联系。采用机械球磨的方式制备Sn0.3Ag0.7Cu-x%Ti(wt.%,x=2,4,6,8)金属化粉末,其熔化区间为219°C-231°C,机械球磨过程未导致金属化粉末发生机械冶金反应。在900°C/30min条件下对Al2O3陶瓷进行反应金属化,在Al2O3陶瓷表面得到了结合良好且包括β-Sn基体和Ti6Sn5相的金属化层,其中Ti6Sn5相随着Ti含量的增加而增加。金属化层/Al2O3陶瓷界面生成了Ti O反应层。利用Sn0.3Ag0.7Cu钎料在580°C-660°C实现了金属化的Al2O3陶瓷与紫铜的连接。接头典型界面结构为:Cu/Cu3Sn/Cu6Sn5/β-Sn(Ti6Sn5+Al2O3陶瓷颗粒)/Al2O3陶瓷。钎焊工艺参数对接头的界面结构和抗剪强度有着较大的影响,随着钎焊温度升高或者保温时间延长,紫铜中Cu元素向钎缝中的溶解量增多,钎缝中形成越来越多的Cu-Sn化合物。当620°C/5min时,接头获得最大抗剪强度值32MPa,断裂发生于Cu6Sn5和β-Sn层。当钎焊参数超过最佳钎焊工艺(620°C/5min)时,钎缝中出现柯肯达尔空洞,导致接头抗剪强度急剧下降。将金属化粉末作为活性钎料在900°C/10min条件下实现了Al2O3陶瓷与紫铜直接钎焊,接头的典型组织包括:Cu(s,s)、富Cu相和Ti2Cu相,Al2O3陶瓷侧生成含有Ti O和Ti O2的反应层。随着Ti含量的增加,钎料与Al2O3陶瓷之间的反应越充分,接头的抗剪强度逐渐增大并达到稳定值。Ti含量为6%和8%时,接头得到最大抗剪强度值52MPa,接头完全断裂于Al2O3陶瓷基体。相比于间接钎焊,接头的抗剪强度有所提高,但是对紫铜表面硬度的损害更大。
【关键词】：反应金属化 钎焊 SnAgCu Al2O3陶瓷 紫铜
【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
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9
• 1.2 陶瓷与金属的焊接现状9-19
• 1.2.1 陶瓷润湿性研究10-13
• 1.2.2 陶瓷与金属的间接钎焊13-16
• 1.2.3 陶瓷与金属的直接钎焊16-19
• 1.3 元素Ti在Al_2O_3 陶瓷钎焊中的重要作用19-22
• 1.4 本课题的主要研究内容22-23
• 第2章 试验材料、设备及方法23-29
• 2.1 试验材料23-24
• 2.2 试验设备及过程24-27
• 2.2.1 试验设备24-25
• 2.2.2 试验过程25-27
• 2.3 试验分析及性能测试27-29
• 2.3.1 微观组织分析27
• 2.3.2 力学性能测试27-29
• 第3章 Al_2O_3 陶瓷反应金属化29-39
• 3.1 金属化粉末的表征29-31
• 3.2 金属化层的表征31-36
• 3.3 Al_2O_3 陶瓷反应金属化的机理36-37
• 3.4 本章小结37-39
• 第4章 Al_2O_3 陶瓷与紫铜的间接钎焊39-53
• 4.1 Al_2O_3 陶瓷/紫铜间接钎焊接头的典型界面组织结构39-41
• 4.2 Ti含量对Al_2O_3 陶瓷/紫铜接头微观组织和抗剪强度的影响41-44
• 4.3 钎焊温度对Al_2O_3 陶瓷/紫铜接头微观组织和抗剪强度的影响44-49
• 4.4 钎焊时间对Al_2O_3 陶瓷/紫铜接头微观组织和抗剪强度的影响49-50
• 4.5 Al_2O_3 陶瓷与紫铜间接钎焊机理分析50-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 Al_2O_3 陶瓷与紫铜的直接钎焊53-65
• 5.1 Al_2O_3 陶瓷/紫铜直接钎焊接头的典型界面结构53-55
• 5.2 Ti含量对Al_2O_3 陶瓷/紫铜接头的微观组织的影响55-57
• 5.3 Ti含量对Al_2O_3 陶瓷/紫铜接头抗剪强度的影响57-60
• 5.4 Al_2O_3 陶瓷/紫铜直接钎焊接头的组织演化及连接机理60-61
• 5.5 Al_2O_3 陶瓷与紫铜直接钎焊和间接钎焊的对比分析61-64
• 5.5.1 钎焊方式对Al_2O_3 陶瓷/紫铜接头组织和力学性能的影响61-62
• 5.5.2 钎焊方式对紫铜微观组织和力学性能的影响62-64
• 5.6 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果72-74
• 致谢74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 高陇桥;高永泉;;陶瓷金属化玻璃相迁移全过程[J];山东陶瓷;2010年04期

2 王玲;用化学镀实现陶瓷微粒表面金属化[J];材料保护;1998年07期

3 李飞宾;吴爱萍;邹贵生;任家烈;;高纯氧化铝陶瓷与无氧铜的钎焊[J];焊接学报;2008年03期

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本文编号：323821