agcuti急冷态钎料研究

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1、Abstract摘要本文在Si3N4陶瓷活性钎焊研究的基础上，采用单辊急冷装置制备了三种成分的Ag-Cu-Ti急冷箔带钎料，并研究了其熔化特性、成分分布和结构。采用制备的急冷钎料研究了连接温度、时间和压力等工艺参数对Si3N4陶瓷的润湿性以及接头界面结构、强度的影响，并和同成分的常规钎料进行对比。试验结果表明：上述急冷箔带钎料与常规钎料相比，熔化温度更低，熔化温度区间更窄，其结构为急冷纳米晶，而不是非晶；急冷钎料中Ti的质量分数低于2％就不能很好润湿Si3N4陶瓷，本文制备的三种急冷钎料中，(Ag7

2、2Cu28)96Ti4对Si3N4陶瓷的润湿性最好；真空度对急冷钎料的润湿性-2也有重要影响，在1×10Pa低真空条件下，急冷钎料由于明显的氧化而不润湿Si3N4-3陶瓷；真空度提高至5×10Pa，则急冷钎料的润湿性大大提高，且同成分的急冷态钎料润湿性好于常规钎料；钎焊温度、保温时间和钎焊时施加的压力对钎焊接头强度均有影响，这种影响主要是通过对反应层结构和厚度的影响来体现的。在相同的试验条件下，采用急冷钎料钎焊的接头强度均大于常规钎料的接头，其原因主要是急冷钎料形成的反应层更为连续和致密。关键词：S

3、i3N4陶瓷；活性钎焊；Ag-Cu-Ti钎料;急冷钎料；钎焊工艺；界面结构；连接强度大摘要Ag-Cu-Ti急冷态钎料研究大摘要大摘要Si3N4陶瓷由于Si-N之间牢固的共价键结合，使其具有优良的高温力学性能和良好的耐蚀性、抗磨损性能，而且抗热震性能好，广泛应用于化工、冶金、航空、航天、汽车等领域，特别是可以用作热机的关键部件，并且在制造内燃机和热交换器等部件方面具有广阔的前景，是制造新型陶瓷发动机的重要材料。用陶瓷制造的发动机可以在更高温度下工作，效率大大提高，而且使发动机的燃料充分燃烧，减少能源消

4、耗与环境污染。但是，陶瓷材料的加工性能差、延性和韧性低、耐热冲击性能弱以及难以制造大型或复杂的构件，因此其使用受到了实际问题的挑战。所以实现陶瓷与陶瓷、陶瓷与金属的有效连接，就显得格外重要。进入九十年代后，涌现出众多的连接方法，如机械连接、有机粘接、无机粘接、超声连接、高能束焊、微波连接、氧化玻璃连接、过渡液相连接、局部过渡液相连接、热等静压连接、自蔓延高温合金连接、烧结连接、扩散连接和活性钎焊连接技术等。不同的连接技术具有不同的有缺点。其中活性钎焊技术以工艺简单、连接强度好、结果重复性好、接头尺寸

5、及形状受限制少、相对成本低,而成为首选方法。活性钎焊技术的决定因素：钎料成分钎焊工艺急冷钎焊材料目前主要以箔状应用为主，故快速凝固法是制备急冷焊接材料的主要方法。本论文采用的制备方法：单辊法又称熔体甩出法是目前应用最广并经生产实践验证的好方法。物质在急冷工艺下会形成3种结构状态：非晶、纳米晶和准晶。非晶态钎料具有如下独特的优点：非晶态钎料化学成分均匀，杂质含量少，纯度高；润湿性好；材质纯净，能显著地提高钎焊接头的质量；使用方便，成分可调整性强；钎焊后接头的耐热温度不降低；钎焊工艺简单，实施方便。急冷

6、纳米晶钎料独特的性能：在纳米金属材料中普遍存在着细晶强化效应，即材料的硬度和强度随着晶粒尺寸的减小而增大；扩散系数大是纳米材料的一个重要特性；具有较高的化学活性；纳米晶微粒的熔点随着颗粒度的减小而急剧下降。一元活性钎料Ti能直接钎焊陶瓷并形成有效的连接；但由于它的熔化温度较高，硬度高，脆性大，钎焊后接头的强度低，容易脆断，一般仅作为多元钎料中的活性成分，很少单独用作钎料。因此Ti经常和其它元素一起制成钎料，用于陶大摘要瓷的钎焊。Ag基钎料具有良好的强度、韧性、导电性、导热性和抗腐蚀性，是应用极广的硬

7、钎料。在Ag基中加入28%的Cu形成共晶可以有效降低熔化温度，又不会形成脆性相，这点符合我们试验设计的要求。Ag-Cu合金的熔点适中，固相线为889℃，工艺性好，适合各种钎焊工艺。关键的是Ag-Cu合金的弹性模量E和屈服极限小，有利于释放接头中的残余应力，这对改善钎焊接头的力学性能有益，所以在钎焊陶瓷时用它作为中间层材料可显著提高接头性能。我们将活性元素Ti和Ag72Cu28共晶合金组合，期望制备成性能优异的陶瓷钎焊钎料。本文在Si3N4陶瓷活性钎焊研究的基础上，采用单辊急冷装置制备了三种成分的Ag

8、-Cu-Ti急冷箔带钎料，并研究了其熔化特性、成分分布和结构。采用制备的急冷钎料研究了连接温度、时间和压力等工艺参数对Si3N4陶瓷的润湿性以及接头界面结构、强度的影响，并和同成分的常规钎料进行对比。试验结果表明：上述急冷箔带钎料与常规钎料相比，熔化温度更低，熔化温度区间更窄，其结构为急冷纳米晶，而不是非晶；急冷钎料中Ti的质量分数低于2％就不能很好润湿Si3N4陶瓷，本文制备的三种急冷钎料中，(Ag72Cu28)96Ti4对Si3N4-2陶瓷的润湿性最好；真空度对急