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Si₃N₄陶瓷真空钎焊工艺与接头强化研究

作　者: 胡旭
导　师: 张德库
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料工程
关键词: Si3N4 陶瓷钎焊增强原位
分类号: TQ174.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文分别采用Cu-Ti钎料、Ag-Cu-Ti +TiN颗粒复合钎料、Ag-Cu-Ti钎料+Ti/A1/Ti复合层进行了Si3N4 陶瓷的连接,研究了接头组织、界面反应和接头性能的影响因素。进行了Cu-Ti钎料不同的组分设计,并采用设计的Cu-Ti钎料在不同的工艺参数下进行了Si3N4陶瓷间的连接。结果表明：采用Cu85Ti15钎料在1180℃的连接温度下,保温10min比5mmin时钎缝组织更致密、均匀,钎缝宽度明显变宽,没有明显的孔洞、疏松等缺陷,钎缝中主要由主要由Cu-Ti基体与金属间化合物CuTi2构成,形成了一层约5-6gm的连续的界面反应层；采用Cu80Ti20钎料与Cu85Ti15钎料相比时(1180℃,保温10min)钎缝的宽度有所增加,界面反应层的变化也不大。研究了Ag-Cu-Ti钎料+TiN颗粒复合钎料在不同工艺参数下钎焊Si3N4陶瓷,结果表明：随着TiN颗粒体积分数的增加(5%、10%、15%),焊缝的宽度有所增加,TiN的颗粒度更加均一,接头的强度也逐步升高(15%时达到141.6MPa),但增强颗粒TiN的加入对反应层的影响不大；随着保温时间的增加,接头的剪切强度先上升再下降,在20min时接头的强度相对较高(达到126.4MPa),保温时间至20min时,界面反应层的厚度增加,此时固溶体的分布也比较均匀,接头的剪切强度明显有一定的提高,而保温时间继续升高至30mmin时,界面反应层的厚度不再增加,但接头内部的固溶体却相对减少,从而使接头的缓解残余应力的能力下降,导致接头的剪切强度降低。本文还研究了Ag-Cu-Ti钎料+Ti/A1/Ti复合层通过原位反应生成金属间化合物进行了Si3N4陶瓷的连接,分析结果表明：A1箔和Ti箔的厚度、AgCuTi初始厚度、保温时间以及复合中间层表面处理状态等因素均对接头的组织产生一定的影响；通过一步加热和二步加热的对比表明,二步加热更有利于细化金属间化合物颗粒,适当降低界面反应层的厚度,因此更有利于接头的性能；当Ti箔和Al箔厚度较大时,在接头施加一定的压力其接头强度反而降低；而在Ti箔与A1箔厚度较小时,有无压力对接头强度的影响不大。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-22
  1.1 选题意义  10-11
  1.2 陶瓷连接国内外研究现状  11-21
    1.2.1 钎焊连接  12-16
    1.2.2 固相扩散连接  16-17
    1.2.3 过渡扩散连接  17-19
    1.2.4 自蔓延高温合成焊接法  19-20
    1.2.5 其他焊接方法  20-21
  1.3 本论文的主要研究内容  21-22
2 陶瓷钎焊试验方法、试验材料与设备  22-26
  2.1 试验材料  22
  2.2 试验设备  22-24
    2.2.1 真空钎焊炉  23
    2.2.2 扫描电子显微镜  23-24
  2.3 试验方法  24
  2.4 焊接接头微观测试分析  24-25
  2.5 真空钎焊与接头剪切强度测试  25-26
3 Cu-Ti钎料真空钎焊Si_3N_4陶瓷  26-36
  3.1 连接材料及试验过程  26-28
  3.2 接头组织形貌和成分分析  28-32
    3.2.1 接头组织形貌  28-29
    3.2.2 接头组织成分分析  29-32
  3.3 工艺参数对接头组织和性能的影响  32-35
    3.3.1 钎料成分对接头组织和界面反应层的影响  32-33
    3.3.2 保温时间对接头组织和界面反应层的影响  33-35
  3.4 本章小结  35-36
4 Ag-Cu-Ti钎料+TiN颗粒复合钎料钎焊Si_3N_4陶瓷  36-49
  4.1 引言  36-37
  4.2 试验过程  37
  4.3 接头组织形貌和成分分析  37-42
    4.3.1 接头组织形貌  37-39
    4.3.2 界面反应层元素成分分析  39-41
    4.3.3 界面反应原理  41-42
  4.4 TiN颗粒体积分数对接头组织及界面反应层的影响  42-44
    4.4.1 TiN颗粒体积分数对接头组织的影响  42-43
    4.4.2 TiN颗粒体积分数对界面反应层的影响  43-44
  4.5 工艺参数对接头性能的影响  44-47
    4.5.1 TiN颗粒体积分数对接头强度的影响  44-45
    4.5.2 保温时间对接头性能的影响  45-47
  4.6 本章小结  47-49
5 Ag-Cu-Ti钎料+Ti/Al/Ti复合层原位增强连接Si_3N_4陶瓷  49-63
  5.1 引言  49
  5.2 试验过程  49
  5.3 接头组织形貌和成分分析  49-53
    5.3.1 接头组织形貌  49-52
    5.3.2 接头组织成分分析  52
    5.3.3 界面反应原理  52-53
  5.4 工艺参数对接头组织及界面反应层的影响  53-58
    5.4.1 Al箔厚度的影响  53-55
    5.4.2 Ti箔厚度的影响  55-56
    5.4.3 Ag-Cu-Ti厚度的影响  56-57
    5.4.4 保温时间的影响  57-58
    5.4.5 Al箔表面处理的影响  58
  5.5 采用Al+Ti粉的影响  58-61
    5.5.1 Al+Ti粉一步加热法  58-60
    5.5.2 Al+Ti粉二步加热法  60-61
  5.6 各种工艺参数下连接接头的强度  61-62
  5.7 本章小结  62-63
结论  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-71
附录  71

Si3N4陶瓷真空钎焊工艺与接头强化研究

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