铜、铝基材金属硬焊接合与填料合金之界面扩散研究分析

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1、铜、铝基材金属硬焊接合与填料合金之界面扩散研究分析目次壹、摘要……………………………………………p﹒02貳、前言……………………………………………p﹒02參、理論背景…………………………………………p﹒02肆、製作方法及進行步驟……………………………p﹒044.1基材試件方面…………………………………………………………p﹒044.2填料箔片方面…………………………………………………………p﹒054.3合金分配計算式………………………………………………………p﹒054.4試件堆疊方式（表一）……………………………

2、…………………p﹒064.5試件接合、拋光金相觀察過程………………………………………p﹒084.6嘗試真空封管進行接合試驗…………………………………………p﹒084.7研究設計流程圖………………………………………………………p﹒094.8研究製造流程圖………………………………………………………p﹒10伍、預計完成製作項目及成果………………………p﹒11陸、結果………………………………………………p﹒11柒、討論………………………………………………p﹒17捌、參考資料及文獻…………………………………p﹒18附錄（

3、A）放大觀察圖…………………………………p﹒18附錄（B）試件實體圖…………………………………p﹒241銅、鋁基材金屬硬焊接合與填料合金之界面擴散研究分析李奎稷，王裕翔北台科學技術學院93年度二技機械工程系指導教授：楊子毅副教授一、摘要本研究以純鋁（Al）鋁片、純銀（Ag）箔片或者合金填料箔片（81.8Sn–3.4Ag–4.8Bi–10Sb、81.8Sn–3.4Ag–4.8Bi–10Zn、40.1Sn–40.1Ag–4.8Bi–15Sb）之箔片為填料金屬，硬焊純銅（Cu）銅片。共實驗9個失敗了4個，其它的試件皆

4、有接合之情況，以Cu；Al；Ag；Al；Al及錫基填料接合銅片之接合成果較明顯，在其中我們可以觀看出試件間許多界面間接合狀況；對所觀察之現象做分析比例換算及探討。二、前言針對材料之不同特性進行研究，了解材料在真空焊接發生前後之不同及材料在不同溫度、時間、方式下，所產生出新的組織等反應層，了解各反應層的成長率及生成活化能並加以紀錄分析，而本實驗以目前不易接合的銅、鋁作為基材自行搭配合金來做接合或以兩兩相同之基材為前提來做接合實驗，或者使用石英玻璃管，將硬焊試件放入抽真空再放入一般高溫爐或真空爐再進行實驗，增加真空

5、度使銅、鋁焊接性變高，藉此來了解分析銅、鋁硬焊接合為何不易之原因，其中反應組織因溫度、時間、填料不同有何改變，了解金屬間接合情況的晶粒尺寸、顯微組織可提供所需之數據、材料特性及組織關係。本專題主要探討實驗〝銅、鋁基材金屬硬焊接合填料合金之界面擴散研究分析〞，藉此試驗了解銅、鋁為何接合不易、其中組織關係、晶粒變化。簡言研究之目的：（1）試件、薄片尺寸大小設計。（2）自行計算搭配合金。（3）真空爐溫度、時間的控制。（4）石英玻璃管封管平台設計。三、理論背景在實驗前我們必須先了解，硬焊接合和填（焊）料間的關係，在此我

6、們為了增加焊接性自行搭配合金填料成分，下列說明硬焊、填（焊）料、配置合金之原理及過程。23.1銲錫之定義目前各種形式的合金焊料，其最權威的國際規範為J-STD-006。此文獻之最新版本為1996.6的Amendment1，由於資料很新，故早已取代了先前甚為知名的美國聯邦規範QQ-S-571。IPC還有一份重要的焊接手冊IPC-HDBK-001其中之4.1，曾定義〝熔點〞在430℃以下為〝軟焊〞（Soldering），也就是錫焊。另外，〝熔點〞在430℃以上稱為〝硬焊〞（Brazing），係含銀之高溫高強度焊接。

7、早期歐美業界，亦稱熔點600℉（315℃）以下者為〝軟質銲錫〞，800℉（427℃）以上者為〝硬質焊錫〞。原文Solder定義為錫鉛含金之焊料，故中譯從金旁為〝銲錫〞，而利用高熱能進行熔焊之Soldering（註意此一特定之單字，並非只加ing而已），則另從火旁用字眼的〝焊接〞，兩者涵義並不完全相同。焊接用合金要接合兩種金屬時，可以利用比被接合之合金的熔點較低的金屬來接合。這方法叫做焊接（brazing）。焊接用的合金有軟焊料（softsolder）和黃銅為主的硬焊合金（brazingalloy）。（1）軟焊料

8、（softsolder）軟焊料是含25～90％Sn，其餘為Pb的合金，通常使用含有40～50％Sn者。因為Pb對人體有害，所以Pb在10％以上者不能用於飲食用容器的軟焊。見表之範例。表3.1（a）常見軟焊料的成分和用途（2）硬焊合金（brazingalloy）通常所用的硬焊合金是33～67％Zn的黃銅。這種合金的熔點高，比軟焊料難於焊接，但是硬度和抗拉強度大。焊接時把硬焊合金碎成粉末，