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ZTA陶瓷是一种由氧化锆增韧的氧化铝陶瓷,它不但具有硬度高、高温抗氧化性以及耐磨性好等性质,还具有良好的抗裂性,被广泛应用于骨科、泵组件、切削刀具等方面。但是由于陶瓷本身硬度较大,不能采用机械加工的方式制成复杂形状,而且粘接方式得到的接头又不具有很好的高温强度,因此考虑采用钎焊方式进行连接。空气反应钎焊不同于真空钎焊,它具有操作简便、设备要求低等优点。因此本文采用空气反应钎焊的方式,利用Ag-CuO钎料连接了ZTA陶瓷,并且利用添加硼酸铝晶须的方式改善了接头力学性能。
首先研究了工艺参数、钎料成分对润湿性及润湿界面微观结构的影响,通过XRD、SEM、TEM等表征手段对微观结构进行了表征。Ag在ZTA陶瓷上的接触角为72°,陶瓷界面会产生裂纹。当向Ag中加入少量CuO后,润湿性得到很大改善,界面处无裂纹产生。CuO含量从1wt%增加到20wt%,接触角从48°减小到27°,界面处富集的氧化铜层厚度从1μm增加到14.4μm。随着温度的不断升高,接触角先快速减小后趋于平缓,1050℃时接触角最小为39°。随着保温时间不断延长,接触角减小幅度很小,但界面反应程度不断加深。然后,采用陶瓷化学镀铜技术,将钎料在陶瓷表面的接触角从39°降低到了30°,提高了润湿性。
采用Ag-CuO钎料实现了ZTA陶瓷的空气反应钎焊连接。研究了钎料成分、钎焊工艺参数对接头形貌及力学性能的影响。确定了最佳工艺参数:CuO含量5wt%,钎焊温度1050℃,保温15min。随着钎焊温度(或保温时间)不断升高(或延长),接头强度先升高后降低,在1050℃保温15min时,ZTA/Ag-5wt%CuO/ZTA接头强度最高,为128MPa。采用陶瓷化学镀铜技术,改善了接头形貌,接头强度从128MPa提高到了152MPa。
采用硼酸铝晶须改善了Ag-CuO钎料钎焊ZTA陶瓷的接头微观结构及力学性能。首先采用添加Al18B4O33晶须的方式制备了Ag基复合钎料,利用XRD、SEM等分析测试手段对这种钎料进行了表征。随后,研究了晶须含量对钎料润湿性的影响。在Ag-CuO钎料里加入晶须后,液态钎料的流动性降低。当晶须含量为2wt%时,液态钎料润湿性受影响相对较小,润湿角为43°。采用新型钎料成功连接了ZTA陶瓷,并对接头微观结构进行了分析。分析发现了钎料中的CuO会大量富集在晶须附近,与晶须发生反应,使得界面附近CuO变少,界面反应程度降低。在1050℃保温5min,采用含晶须2wt%的Ag基钎料钎焊ZTA陶瓷,得到的接头形貌相对较好,接头抗弯强度最高为113MPa,与不加晶须同一工艺参数下的接头强度(108MPa)相比仅提高了5MPa。为了改善接头微观结构,实现晶须的强化效果,采用陶瓷化学镀铜技术对陶瓷进行处理。经过表面处理后,钎料的润湿性得到提高,接触角从43°降低到了28°。陶瓷表面被施镀的Cu层经氧化变成CuO层,这层氧化物可以与陶瓷反应,从而提高了界面反应程度,界面结合效果变好。接头强度从113MPa提高到了142MPa,相比于同一工艺下ZTA(Cu)/Ag-5CuO/ZTA(Cu)接头强度(115MPa)提高了27MPa,证明了新型Ag基钎料在保温时间较短的时候,有良好的强化接头的效果。
首先研究了工艺参数、钎料成分对润湿性及润湿界面微观结构的影响,通过XRD、SEM、TEM等表征手段对微观结构进行了表征。Ag在ZTA陶瓷上的接触角为72°,陶瓷界面会产生裂纹。当向Ag中加入少量CuO后,润湿性得到很大改善,界面处无裂纹产生。CuO含量从1wt%增加到20wt%,接触角从48°减小到27°,界面处富集的氧化铜层厚度从1μm增加到14.4μm。随着温度的不断升高,接触角先快速减小后趋于平缓,1050℃时接触角最小为39°。随着保温时间不断延长,接触角减小幅度很小,但界面反应程度不断加深。然后,采用陶瓷化学镀铜技术,将钎料在陶瓷表面的接触角从39°降低到了30°,提高了润湿性。
采用Ag-CuO钎料实现了ZTA陶瓷的空气反应钎焊连接。研究了钎料成分、钎焊工艺参数对接头形貌及力学性能的影响。确定了最佳工艺参数:CuO含量5wt%,钎焊温度1050℃,保温15min。随着钎焊温度(或保温时间)不断升高(或延长),接头强度先升高后降低,在1050℃保温15min时,ZTA/Ag-5wt%CuO/ZTA接头强度最高,为128MPa。采用陶瓷化学镀铜技术,改善了接头形貌,接头强度从128MPa提高到了152MPa。
采用硼酸铝晶须改善了Ag-CuO钎料钎焊ZTA陶瓷的接头微观结构及力学性能。首先采用添加Al18B4O33晶须的方式制备了Ag基复合钎料,利用XRD、SEM等分析测试手段对这种钎料进行了表征。随后,研究了晶须含量对钎料润湿性的影响。在Ag-CuO钎料里加入晶须后,液态钎料的流动性降低。当晶须含量为2wt%时,液态钎料润湿性受影响相对较小,润湿角为43°。采用新型钎料成功连接了ZTA陶瓷,并对接头微观结构进行了分析。分析发现了钎料中的CuO会大量富集在晶须附近,与晶须发生反应,使得界面附近CuO变少,界面反应程度降低。在1050℃保温5min,采用含晶须2wt%的Ag基钎料钎焊ZTA陶瓷,得到的接头形貌相对较好,接头抗弯强度最高为113MPa,与不加晶须同一工艺参数下的接头强度(108MPa)相比仅提高了5MPa。为了改善接头微观结构,实现晶须的强化效果,采用陶瓷化学镀铜技术对陶瓷进行处理。经过表面处理后,钎料的润湿性得到提高,接触角从43°降低到了28°。陶瓷表面被施镀的Cu层经氧化变成CuO层,这层氧化物可以与陶瓷反应,从而提高了界面反应程度,界面结合效果变好。接头强度从113MPa提高到了142MPa,相比于同一工艺下ZTA(Cu)/Ag-5CuO/ZTA(Cu)接头强度(115MPa)提高了27MPa,证明了新型Ag基钎料在保温时间较短的时候,有良好的强化接头的效果。