Cu-Ni-Ti非晶态高温活性钎料钎焊Si3N4陶瓷的研究

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氮化硅陶瓷是一种高温性能优异的材料，实现金属与氮化硅陶瓷的可靠连接具有重要的实用意义。本文采用单辊急速凝固设备成功制得非晶态的CuNi12Ti35连续薄带状活性钎料，采用DSC、SEM、EDS和XRD等设备分析了钎料的微观组织、成分分布和熔融性质，研究了钎焊工艺和Ti含量对CuNi12Ti35钎料钎焊Si3N4陶瓷润湿性和连接强度的影响，并与同成分的晶态钎料相比较，同时探索了添加第四组元对接头连接强度的影响。采用SEM和EDS设备分析了界面反应、反应层产物和厚度，探讨了CuNi12Ti35晶态和非晶态活性钎料与Si3N4陶瓷的界面反应过程，得到以下结论:
　　(1) DSC和X射线衍射的检测结果均表明本文制备的薄带钎料为非晶态。随着钎焊温度、保温时间、或Ti含量的增加，均会增大CuNi12Ti35晶态和非晶态钎料在Si3N4陶瓷上的铺展面积。在CuNi12Ti35钎料钎焊Si3N4陶瓷时，活性元素Ti向钎料和陶瓷界面扩散，并与Si3N4陶瓷发生反应，形成了两个界面反应层。其中靠近陶瓷的反应层Ⅰ由TiN相组成，而反应层Ⅱ主要由Ti5Si3相组成。
　　(2)钎焊温度的提高会增加两个反应层的厚度，延长保温时间对反应层Ⅰ厚度影响较小，而反应层Ⅱ迅速增厚。反应层的厚度和形貌直接影响钎焊接头连接强度，在本研究中，选择钎焊工艺参数为1100℃×10min时，CuNi12Ti35非晶态钎料钎焊Si3N4陶瓷的接头室温三点弯曲强度有最大值314.7MPa，在测试环境为500℃时，接头的连接强度为123.5MPa。在相同的钎焊工艺条件下，非晶态钎料对Si3N4陶瓷的润湿性和连接强度均要优于同成分的晶态钎料。添加合适量的稀土元素Ce或Y有利于提高接头强度，而添加Si元素不利于接头强度。
　　(3)非晶态钎料在温度升至固相线温度的过程中，因非晶晶化放出了大量的热量，促进了钎料原子向钎料/陶瓷的接触界面扩散，有助于减少钎料的物理性润湿时间，相应的增加反应性润湿时间，而晶态钎料反应性润湿过程相对于非晶态钎料较为滞后。化学成分均匀和无偏析的特性使得非晶态钎料能瞬间均一在Si3N4陶瓷上流动、润湿、填缝，有利于增加界面反应层的致密性，减少空洞、裂纹等缺陷，提高钎焊接头的连接强度。

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作者
邓振华;
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作者单位

中南大学;

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授予单位中南大学;
学科材料工程
授予学位硕士
导师姓名卢斌,易耀勇;
年度 2013
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类焊接接头的力学性能及其强度计算;
关键词
Cu-Ni-Ti非晶态钎料; 氮化硅陶瓷; 界面反应; 接头连接强度; 熔融性质; 微观组织;

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