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《Si3N4-Si3N4陶瓷连接的研究进展(1)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、SisN4/Si3N4陶瓷连接的硏究进展周飞陈静罗启富李志章（浙江大学杭州310027）（江苏理工人学）（浙江大学）摘要:本文综述了Si3N4/ShN4陶瓷连接的研究现状，论述不同连接工艺对接头强度的影响。关键词:Si.Ni旌接，弯曲强度1.引言氮化硅（ShN4）陶瓷具有一系列优异的物理、化学及力学性能,是发展十分迅速的-类新型高温结构材料。然而,具固有的脆性导致极小的临界裂纹，增大了陶瓷构件在制作加工中的难度，妨碍了其在工程结构中的应用。为了扩大陶瓷的应用范围，必须解决陶瓷的接合问题。陶瓷的接合，特别是陶瓷与金属的接合⑺，已成为近儿十年研究的对象。然而，随着氮化硅陶瓷作为热机
2、髙温结构材料的计划H趋接近，Si3N4/Si3N4陶瓷的连接研究，已成为人们关注的方向。有效的陶瓷连接，不仅有-利于制备形状复杂的各种构件，而且还能改善陶瓷的可靠性，将对陶瓷的精密制造，产生深远的彩响。在文献0）中，我们论述了Si3N4/金属连接的研究现状。现在，木文主要综述SisN4/Si5N4陶瓷连接的研究现状，论述不同连接工艺对接头强度的影响。2.活性钎焊活性钎焊是利用钎料屮所含有的少最活性元素（如Ti、Zr），与陶瓷反应，形成被钎料浸润的反应层，实现陶瓷/陶瓷（金属）的化学接合。氮化硅陶瓷是一种共价键化合物，不同于离子键组成的氧化物陶瓷，其连接研究在某种程度上，远不及氧
3、化物陶瓷的深入。八十年代中期，Naka等®用非晶态的CU66Ti34、CU50Ti5O和CU43Ti57钎料,在1000〜1300°C,真空度为5Xl（）-5t的条件下，进行Si3N4/Si3N4的钎焊研究。结果表明：在1273K钎焊时,Si3N4/Cu66Ti34/Si3N4的接头强度低JCU50Tiso、Cll43Ti57钎料形成的接头强度；当T>1273K时,Si3N4/CU66Ti34/Si3N4的接头强度高于CU50Ti50、CU43Ti57钎料形成的接头强度。Si3N4/CU50Ti50/Si?N4的接头强度随试验温度的升高及钎焊时间的延长而下降。Ti与Si3N4反
4、应形成TiN>Ti5Si30其中,TiN的生长受N在TiN中的扩散速率控制。ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse・Allrightsi'escred.随后,R.E.Loehman等⑴研究了Si3N4/Si3N4钎焊的连接机理。在9O（）°C,A1与Si3N4中的烧结助剂SiO2反应，形成AI2O3；而Ag-Cu-Ti与Si3N4反应,形成复杂结构的反应层（含有TiN、TisSi3和TiSi等反应物），其接头强度高于A1钎料的接头强度，并随反应层厚度的增加而下降（见图1）oNing等約在研究A1钎焊Si3N4陶瓷时发现:A1
5、/SisN4的界面上不存在AI2O3,『U是非品态的SiO2-AhOa相和B'-Sialon相。Al/AA-Si3N4含烧结助剂）的界血反应层厚度大于Al/AF-Si3N4比烧结助剂）的界而反应层厚度，并且，前者的接头强度髙于后者的接头强度。根据界面热应力分析可知：反应层越厚,其热应力的梯度变小，导致接头强度上升，这似乎与Loehman的结果®相反。其实，对于后者的界面反应系统，反应层的结构为Si3N4/50TiN27Ti2Si18AgCu5/Cu4Ti+Cu3Ti2/Cu-Ag共晶。当反应层较厚时，热膨胀错配易引起界面裂纹,导致强度降低。冼爱平等G用活性金属钎料Ag57CU3
6、8Ti5在1103-1253K范围内真空钎焊热压Si3N4陶瓷，可得到最大的接头强度490MPa，并且，钎焊强度与Ti/Si3N4界面反应产物TIN的厚度有关。用Ag-Cu、Cu-Ni和Au・Ni・Pd在790^C^970°C、1130°C钎焊沉积Ti膜的Si3N4o结杲表明：在790°C、970W,Ti膜能促进钎料的铺展，并阻止合金与Si3N4反应；在1130°C,Ti开始熔入Au-Ni-Pd溶液中，与Si3N4反应，形成牢固的化学接合⑴。在上面，Ti/Si?N4界面反应产物几乎都是TiN、Ti5Si3，可以描述成Ti在&3N4表面富集，并与Si3N4反应，即:9Ti+Si3
7、N4=4TiN+Ti5Si3(1)而M.Paulasto和J.K.Kivilahti②在研究Ag-Cu-Ti/Si3N4界面反应层的相结构后指出：在钎焊温度,Ag-Cu-Ti钎料被分成富银少钛的液相L
8、和富铜钛少银的液相L2。此时，液相L2富集在Si3N4表面，并与之反应，形成斜方晶系Ti-Cu-Si-N相,这由于Ti在液相L2中的活度较低所致；对于Ag-Ti钎料，Ti富集在Si3N4表面并显示较高的活度,其反应产物为TiN+Ti5Si3o1.扩散连接与金属/陶瓷扩散连接的研究相比°),陶瓷
