用于碳/铜连接的复合焊料中增强相与Cu-Ti钎料的润湿性研究

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碳/铜连接对于新型碳换向器及面向等离子体部件的制备具有重要的意义。但由于铜和金属焊料与碳材料之间物理性质的巨大差异，会导致在接头中产生较大残余热应力，从而降低接头性能。在活性钎料中添加低热膨胀系数增强相形成复合焊料，是有效缓解碳/铜接头残余热应力的方法之一。另外，增强相的引入可以提高钎料的填缝能力并对焊料层形成复合增强效果，也可改善接头性能。因此，复合焊料中增强相与活性钎料的润湿性研究对于碳/铜连接中复合焊料的优选及增强相在连接过程中的行为和增强机理等具有重要意义。本文采用座滴法研究 Cu-Ti合金与碳材料、六方BN（h-BN）、TiB2以及无压烧结 SiC陶瓷等增强相的润湿性，结合界面反应行为及铺展动力学理论，探讨各体系的润湿铺展机制。
　　本研究主要内容包括：⑴对于Cu-Ti合金/碳材料的润湿性，研究结果表明，Cu22Ti（表示合金中Ti含量为22wt.％）合金熔体在石墨和碳/碳复合材料（CFC）表面的初始接触角分别为110°和113°，平衡接触角分别为32°和26°。Cu50Ti（表示合金中Ti含量为50wt.％）合金在石墨和CFC表面具有更好的润湿性，其平衡接触角均为9°。在Cu22Ti/碳材料体系和Cu50Ti/碳材料体系的润湿界面，合金中Ti与碳反应形成了一层TiC反应层，反应层的形成改善了合金在碳材料表面的润湿性。铺展动力学研究表明，对于Cu-Ti合金/碳材料体系，在润湿前期，Cu-Ti合金在碳材料表面的铺展主要受三相线处活性元素Ti与碳材料基板的反应所控制；在润湿后期，铺展主要受合金中Ti元素向三相线处的扩散所控制。⑵对于Cu50Ti合金在h-BN、TiB2以及SiC陶瓷增强相表面的的润湿，研究结果表明，其初始接触角分别为42°、57°和61°；平衡接触角分别为8°、3°和11°。Cu50Ti/h-BN体系和Cu50Ti/TiB2体系的三相线前端出现了富含Cu和Ti元素的前驱膜层。Cu50Ti合金在h-BN、TiB2以及SiC的铺展动力学都符合反应产物控制铺展模型。Cu50Ti/h-BN和Cu50Ti/SiC体系的铺展主要受三相线处Ti元素与陶瓷基板的反应所控制；而对于Cu50Ti/TiB2体系，在润湿初期主要受三相线处Ti元素与TiB2基板的反应控制，在润湿后期则主要受合金中 Ti元素向三相线处的扩散所控制，而在初期与后期之间的过渡期主要受Ti元素与基板的反应和合金中Ti元素向三相线处的扩散共同控制。

著录项

作者
聂敦伟;
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作者单位

武汉工程大学;

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授予单位武汉工程大学;
学科材料学
授予学位硕士
导师姓名毛样武;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类焊接冶金问题;钎焊材料;
关键词
碳铜焊接; 界面反应; 焊接应力; 活性钎料;

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