氮化硅陶瓷连接技术研究

《氮化硅陶瓷连接技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要本文以铝合金熔炼与铸造用的Si3NdSiC陶瓷坩埚和乳3N4陶瓷升液管等大型复杂构件为对象，以提高可靠性、降低成形技术难度及制造成本为目标，对其连接技术进行了研究。针对Si3NJSiC陶瓷，研究了一种空气气氛中的无压连接技术，设计了铝矾土一硼砂和碳化硅一磷酸铝两种焊料体系：针对Si3N。陶瓷，研究了一种N2气氛中的无压反应烧结连接技术，设计了镁砂一铝矾土、硅粉、硅粉一镁砂一铝矾土、硅粉一高铝水泥和硅粉一粘土等五种焊料体系；系统研究了连接工艺、焊料成分、显微结构与连接性能之间的关系，探讨了连接机理。同时，对碳化硅一磷酸铝体系焊料与铝合金熔体之

2、间的相互作用进行了研究。主要结论如下：，(1)铝矾土一硼砂体系焊料可塑性差、易固化且与Si3N4／SiC陶瓷母材粘附性差；烧结收缩严重，接头缺陷多，可靠性低。焊料组成为铝矾土(70％)+硼砂(30％)，连接工艺参数为900℃，3h时，连接拉仲强度为1，2MPa，热震后强度不下降。在连接条件下，焊料能产生液相澜湿并扩散入母材，形成液相扩散连接。(2)碳化硅一磷酸铝体系焊料流动性好、固相含量高且与SbN4／SiC陶瓷母材粘附洼好，在干燥和烧结过程中，尺寸稳定，并有小于0．1％的微膨胀，接头致密，可靠性高。最佳连接工艺参数为900℃，3h，连接拉伸强

3、度达1．SMPa，热震残余强度保持率为78％。在连接条件下，焊料中添加的Si02微粉能发生活化烧结，促进界面结合，形成良好的固相连接。焊料以SiC为主相，与母材的相容性好。．(3)镁砂一铝矾土、硅粉、硅粉一镁砂一铝矾土体系焊料可塑性差、分散性差、易固比且与si】N4陶瓷母材粘附性差：接头存在大量缺陷，可靠性低。镁砂一铝矾土体系焊料形成液相扩散连接，连接拉伸强度仅为0．9MPa。硅粉体系焊料形成固相连接，连接拉伸强度为1．5MPa。硅粉一镁砂一铝矾土体系焊料工艺性能太差，不能形成有效连接。(4)硅粉一高铝水泥体系焊料工艺性能较好，其与si3N4陶

4、瓷母材形成的接头较致密。焊料组分为硅粉(50％)+高铝水泥(50％)时，连接弯曲强度可达46MPa。在连接条件下，焊料与母材形成过渡区，界面生成棒状晶体，形成较好的连接。焊料层以Si3N4和Ca2A12Si07为主相，并有少量的13．Sialon生成，与母材相容性较好。“，一f5)硅粉一粘士体系焊料工艺性能极好，其与si3N4陶瓷母材形成的接头非常致密。最佳的焊料组分为硅粉(80％)+粘土(20％)，连接弯曲强度达40MPa以上，剪切强度达7．4MPa，热震后强度大幅提高。在连接条件下，焊料生成液相润湿并扩散入母材，界面溶蚀区能析出针状o’．S

5、iMon晶体，钉扎界面，形成网络结构将焊料与母材豆锁，形成很好的连接。焊料层由Si3N4和o’．Sialon构成，与母材相客性极好。(6)在正常铝合金熔炼温度(780。c)下，碳化硅一磷酸铝体系焊料不与铝合金熔体发生作用，不会造成金属杂质污染，可以安全使用。在800℃和900"C时，焊料与铝合金熔体的相互作用随温度升高和时间延长有微弱的增强，但即使在900"C，35h条件下，两者也不会发生明显作用，焊料不会被润湿和侵蚀，铝合金中Si元素增量小于0．1％。关键词：si3N4／SiC，Si3N4，连接，焊料IIABSTRACTThejoiningt

6、echnologyoflarge—scaleorcomplexcomponents勰Si3NdSiCceramiccrucibleandSi3N4ceramicrisertubeusedinthemeltingandfoundryindustryofaluminiumalloywasstudiedinthispaper,whichobjectivesistoreducethedifficultyandcostoffabricationandimprovethereliability．Akindofpresslessjoiningtechnolo

7、gywasstudiedaimedatSi3NdSiCceramic，ajoimngprocessandtwoadhesivesystemsweredesigned．AkindofpresslessreactionsinteredjoiningtechnologywasstudiedaimedatSi3N4ceramic，ajoiningprocessandfouradhesivesystemsweredesigned．Thejoiningpropertiesandjoiningmechanismwerediscussed．Thentheadh

8、esiveandtechnicalwereoptimized．Furthermore．thereactionsbetweenadhesivesandA