硼硅酸盐玻璃钎焊连接Al2O3接头强化及机理研究.pdf

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1、硕士学位论文硼硅酸盐玻璃钎焊连接Al2O3接头强化及机理研究RESEARCHONREINFORCEMENTANDMECHANISMOFAl2O3JOINTSBRAZEDBYBOROSILICATEGLASS王策哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG454学校代码：10213国际图书分类号：620.3密级：公开工学硕士学位论文硼硅酸盐玻璃钎焊连接Al2O3接头强化及机理研究硕士研究生：王策导师：林铁松副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG454U.D.C

2、:620.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONREINFORCEMENTANDMECHANISMOFAl2O3JOINTSBRAZEDBYBOROSILICATEGLASSCandidate：WangCeSupervisor：AssociateProf.LinTiesongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMeterialSciencea

3、ndEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要Al2O3陶瓷是一种具有优异性能的高温结构材料，广泛应用在航空航天、国防军工、电子、机械等领域。对于具有复杂形状或者大尺寸Al2O3结构部件的制造，目前最有效的方式是对Al2O3进行连接。针对现阶段Al2O3陶瓷连接方法难以同时满足高强度、低成本要求的问题，本课题采用硼硅酸盐玻璃作为钎料，对Al2O3进行钎焊连接。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD

4、)、热分析仪、高温润湿角测量仪对玻璃钎料进行了表征，分析了主要成分对于玻璃性质的影响。利用电子探针(EMPA)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)对接头的组织形貌、界面产物进行了分析。采用岛津电子万能试验机、显微硬度仪对接头的力学性能进行了测试，探究了工艺参数对组织形貌和力学性能的影响规律，并分析了界面产物的形成机理及其对连接接头的强化机理。通过高温熔融法分别制备了32.3SiO2-64.7B2O3-3Na2O(mol.%)玻璃、48.5SiO2-48.5B2O3-3Na2O(mol.%)玻璃和64.7SiO2-32.3B2O3-3Na2O(mol.%)玻璃，玻璃化转变温度分别为3

5、49℃、599℃、765℃，三种玻璃均为非晶态，内部含有[SiO4]、[BO3]、[BO4]三种网络结构，在Al2O3陶瓷表面润湿性良好，润湿角小于25º。随着n(SiO2:B2O3)增加，玻璃的硬度、特征温度、粘度均随之增大。采用低熔点的32.3SiO2-64.7B2O3-3Na2O(mol.%)玻璃连接Al2O3陶瓷，界面处结合良好，并生成了硼酸铝晶须，主要成分为Al4B2O9，晶须长度、直径随连接温度的升高和保温时间的延长而逐渐增大，在1050℃保温60min时，接头强度达到最大值60MPa。Al元素扩散进入玻璃钎料内部修补了玻璃的网络结构，提高了中间层的力学性能，接头处生

6、成的晶须对界面起到了缝合的作用，其增强机制主要为拔出效应。采用高熔点48.5SiO2-48.5B2O3-3Na2O(mol.%)玻璃连接Al2O3陶瓷，当连接温度为1250℃时，界面和玻璃内部均生成了大量的晶须，主要成分为Al18B4O33，形成晶须增强硼硅酸盐玻璃复合接头，保温60min时，接头剪切强度达到最大值136MPa。晶须在玻璃基体内的强化机制为拔出效应和裂纹桥联，在界面处的强化机制为拔出效应和吸收效应，对界面起到钉扎、缝合的作用，强化了接头。64.7SiO2-32.3B2O3-3Na2O(mol.%)玻璃连接Al2O3陶瓷接头中存在裂纹，界面处生成较粗的晶须，接头强度

7、也较低。综上，采用48.5SiO2-48.5B2O3-3Na2O(mol.%)玻璃以低成本实现了Al2O3陶瓷之间的高强度连接。关键词：Al2O3陶瓷；硼硅酸盐玻璃；硼酸铝晶须；强化机制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAl2O3ceramicisakindofhightemperaturestructuralmaterialwithexcellentperformance,widelyusedinaerospace,defensemilitary,electr