Ag-Cu-Ti急冷態(tài)釬料研究.pdf

1、Si3N4 陶瓷由于Si-N 之間牢固的共價(jià)鍵結(jié)合，使其具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能和良好的耐蝕性、抗磨損性能，而且抗熱震性能好，廣泛應(yīng)用于化工、冶金、航空、航天、汽車等領(lǐng)域，特別是可以用作熱機(jī)的關(guān)鍵部件，并且在制造內(nèi)燃機(jī)和熱交換器等部件方面具有廣闊的前景，是制造新型陶瓷發(fā)動機(jī)的重要材料。 用陶瓷制造的發(fā)動機(jī)可以在更高溫度下工作，效率大大提高，而且使發(fā)動機(jī)的燃料充分燃燒，減少能源消耗與環(huán)境污染。但是，陶瓷材料的加工性能差、延性和韌性低

2、、耐熱沖擊性能弱以及難以制造大型或復(fù)雜的構(gòu)件，因此其使用受到了實(shí)際問題的挑戰(zhàn)。所以實(shí)現(xiàn)陶瓷與陶瓷、陶瓷與金屬的有效連接，就顯得格外重要。 進(jìn)入九十年代后，涌現(xiàn)出眾多的連接方法，如機(jī)械連接、有機(jī)粘接、無機(jī)粘接、超聲連接、高能束焊、微波連接、氧化玻璃連接、過渡液相連接、局部過渡液相連接、熱等靜壓連接、自蔓延高溫合金連接、燒結(jié)連接、擴(kuò)散連接和活性釬焊連接技術(shù)等。不同的連接技術(shù)具有不同的有缺點(diǎn)。其中活性釬焊技術(shù)以工藝簡單、連接強(qiáng)度好、結(jié)

3、果重復(fù)性好、接頭尺寸及形狀受限制少、相對成本低,而成為首選方法。 活性釬焊技術(shù)的決定因素：釬料成分釬焊工藝急冷釬焊材料目前主要以箔狀應(yīng)用為主，故快速凝固法是制備急冷焊接材料的主要方法。本論文采用的制備方法：單輥法又稱熔體甩出法是目前應(yīng)用最廣并經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證的好方法。 物質(zhì)在急冷工藝下會形成3種結(jié)構(gòu)狀態(tài)：非晶、納米晶和準(zhǔn)晶。 非晶態(tài)釬料具有如下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：非晶態(tài)釬料化學(xué)成分均勻，雜質(zhì)含量少，純度高；潤濕性好；材質(zhì)純

4、凈，能顯著地提高釬焊接頭的質(zhì)量；使用方便，成分可調(diào)整性強(qiáng)；釬焊后接頭的耐熱溫度不降低；釬焊工藝簡單，實(shí)施方便。 急冷納米晶釬料獨(dú)特的性能：在納米金屬材料中普遍存在著細(xì)晶強(qiáng)化效應(yīng)，即材料的硬度和強(qiáng)度隨著晶粒尺寸的減小而增大；擴(kuò)散系數(shù)大是納米材料的一個(gè)重要特性；具有較高的化學(xué)活性；納米晶微粒的熔點(diǎn)隨著顆粒度的減小而急劇下降。 一元活性釬料Ti能直接釬焊陶瓷并形成有效的連接；但由于它的熔化溫度較高，硬度高，脆性大，釬焊后接頭的

5、強(qiáng)度低，容易脆斷，一般僅作為多元釬料中的活性成分，很少單獨(dú)用作釬料。因此Ti經(jīng)常和其它元素一起制成釬料，用于陶瓷的釬焊。Ag基釬料具有良好的強(qiáng)度、韌性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗腐蝕性，是應(yīng)用極廣的硬釬料。在Ag基中加入28％的Cu形成共晶可以有效降低熔化溫度，又不會形成脆性相，這點(diǎn)符合我們試驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求。Ag-Cu合金的熔點(diǎn)適中，固相線為889℃，工藝性好，適合各種釬焊工藝。關(guān)鍵的是Ag-Cu合金的彈性模量E和屈服極限小，有利于釋放接頭中的殘

6、余應(yīng)力，這對改善釬焊接頭的力學(xué)性能有益，所以在釬焊陶瓷時(shí)用它作為中間層材料可顯著提高接頭性能。我們將活性元素Ti和Ag72Cu28共晶合金組合，期望制備成性能優(yōu)異的陶瓷釬焊釬料。 本文在Si3N4 陶瓷活性釬焊研究的基礎(chǔ)上，采用單輥急冷裝置制備了三種成分的Ag-Cu-Ti 急冷箔帶釬料，并研究了其熔化特性、成分分布和結(jié)構(gòu)。采用制備的急冷釬料研究了連接溫度、時(shí)間和壓力等工藝參數(shù)對Si3N4 陶瓷的潤濕性以及接頭界面結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度的影響

7、，并和同成分的常規(guī)釬料進(jìn)行對比。試驗(yàn)結(jié)果表明：上述急冷箔帶釬料與常規(guī)釬料相比，熔化溫度更低，熔化溫度區(qū)間更窄，其結(jié)構(gòu)為急冷納米晶，而不是非晶；急冷釬料中Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于2％就不能很好潤濕Si3N4 陶瓷，本文制備的三種急冷釬料中，(Ag72Cu28)96Ti4 對Si3N4陶瓷的潤濕性最好；真空度對急冷釬料的潤濕性也有重要影響，在1×10-2Pa低真空條件下，急冷釬料由于明顯的氧化而不潤濕Si3N4 陶瓷；真空度提高至5×10-3Pa