超聲輔助藍寶石反應外延生長機制及Al-Al2O3復合焊縫工藝研究.pdf

1、藍寶石即為α-Al2O3單晶，是一種具有高強度，高熔點，高耐蝕性的光學材料，在民事和軍事領域均有廣泛的應用。目前針對藍寶石的焊接主要有大尺寸光學窗口和復雜結構件等多方面的需求，但藍寶石化學穩(wěn)定性高，難以與其他金屬實現(xiàn)結合，并且由于藍寶石熱膨脹系數(shù)小，焊后冷卻過程易產(chǎn)生殘余應力，因此難以通過常規(guī)方法焊接。本文研究了超聲作用下藍寶石在純鋁釬料中的反應外延生長機制，并對純鋁釬料超聲釬焊藍寶石的工藝進行了研究，在此基礎上，嘗試了借助純鋁直接氧化

2、法改善焊縫結構的工藝探究。
　　在超聲作用下，浸在液態(tài)純Al中的藍寶石表面生成Al2O3反應層。實驗證明，反應中氧的來源為空氣中的O2通過空氣/藍寶石/液態(tài)釬料三相線進入?？栈荼罎⒌乃查g產(chǎn)生高溫高壓，促進固液界面處的O2向Al中大量溶解，溶解的O與液態(tài)Al發(fā)生反應生成Al2O3反應層。TEM分析表明，藍寶石表面的Al2O3外延層是以臺階狀的方式生長，臺階的晶體取向與藍寶石基體基本一致。外延層與藍寶石基體之間通常存在一些層錯。隨著

3、超聲時間的延長，臺階之間相互合并成為多孔片層，并且Al2O3反應外延層的厚度隨超聲時間延長逐漸增加。
　　采用超聲釬焊的方法，用純鋁釬料焊接藍寶石，當超聲熱浸時長在50s-1000s之間時，接頭斷裂在釬料金屬內(nèi)部，剪切強度最高可達56MPa，但超聲作用較短時間（5s）時，藍寶石表面的反應外延層與釬料金屬的結合成為了接頭的薄弱環(huán)節(jié)，接頭最高強度降低到了43MPa。
　　以MgO粉末為引發(fā)劑的純鋁的直接氧化試驗中，MgO粉末的量

4、為15mg/cm2時，可以引發(fā)直接氧化，生成的Al/Al2O3相平均厚度隨保溫時長的增加呈直線上升趨勢，利用這一方法進行超聲熱浸-直接氧化-超聲釬焊的試驗，獲得了摻有Al/Al2O3復合相的純鋁釬料焊接接頭，盡管焊縫的熱脹系數(shù)可能得到改善，但由于純鋁相的必然存在導致接頭強度沒有得到明顯提升，最高53MPa。
　　同樣借助直接氧化法，采用超聲熱浸-超聲釬焊-直接氧化的方法獲得了含有Al/Al2O3復合相的2024釬料焊接接頭，接頭中