玻璃表面潤濕性及其與銅的低溫連接.pdf

1、玻璃材料具有較好的光學(xué)性質(zhì)、抗氧化、耐磨、比重小等優(yōu)點(diǎn),是一種很好的光學(xué)材料。但玻璃材料脆性大,不耐熱沖擊,對應(yīng)力和變形敏感,影響其光學(xué)性能。通過玻璃與金屬的連接,利用金屬好的導(dǎo)熱性來減少玻璃的應(yīng)力和變形是一種有效的手段。本文研究了玻璃表面金屬化工藝及釬料在玻璃和鍍層上的潤濕,深入分析了不潤濕和潤濕機(jī)理,并在低溫下實(shí)現(xiàn)玻璃與銅的釬焊連接。初步探究了電場作用下,玻璃與銅的釬焊,計(jì)算分析了鍵合機(jī)理。研究了工藝參數(shù)對接頭界面組織和力學(xué)性能的影

2、響,確定了最佳工藝參數(shù)。
　　分析表明玻璃表面主要為SiO2、Na2O和CaO組成的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。制備了與釬料相適應(yīng)的松香基鹵素軟釬劑并分析了釬劑的作用機(jī)理。In-Sn釬料在各釬焊溫度下均無法潤濕玻璃表面,計(jì)算得出各溫度下的釬料表面張力均大于玻璃的臨界表面張力。噴砂粗化在玻璃面形成的―刻槽‖結(jié)構(gòu)可以提高膜基機(jī)械鎖合力,鍍鎳層結(jié)合力隨施鍍時(shí)間延長而下降,施鍍50min時(shí)鍍層與基體結(jié)合力最大。
　　提高溫度可以顯著減少釬料在鍍層上

3、的潤濕角,當(dāng)溫度為210℃時(shí),潤濕角最小為42.9°,低溫時(shí),鍍層的溶解對潤濕起主要作用;高溫時(shí),釬料擴(kuò)散、鍍層溶解及三相線處幾何形貌變化共同起作用。Bi的加入可以細(xì)化釬料組織、降低釬料熔點(diǎn),但增大熔程。當(dāng)溫度210℃,保溫1min時(shí),隨著Bi的加入,釬料在鍍層上潤濕性下降,當(dāng)Bi加入量為1.5wt％,潤濕角提高到65.2°當(dāng)釬焊溫度190℃、保溫時(shí)間5min時(shí),玻璃/鍍層/In-Sn/銅界面典型組織為:玻璃/Ni-P層/富P層/(Ni

4、,Sn)28In72/Sn(s,s)/Sn(s,s)+Cu3(In,Sn)/Cu3(In,Sn)/銅。隨著釬焊溫度提高,玻璃側(cè)界面形成富P層和(Ni,Sn)28In72金屬間化合物層,溫度較高時(shí),玻璃側(cè)界面會(huì)產(chǎn)生貫穿裂紋。
　　采用電場輔助釬焊方法實(shí)現(xiàn)了銅與玻璃的連接,典型的接頭界面結(jié)構(gòu)為:Glass/β-Sn+(Sn-Al)共晶/Cu6Sn5+Cu3Sn/Cu。研究了連接機(jī)理,認(rèn)為玻璃側(cè)界面處發(fā)生鏡像吸附形成新的≡Si-O-Sn