【摘 要】
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Al2O3陶瓷与Cu及Ti合金的连接在电子封装和航空航天等领域有广泛的应用。本研究采用Ag-26.7Cu-4.5Ti焊料及添加难熔金属箔真空钎焊Al2O3陶瓷与Cu及Ti6Al4V（TC4）合金,研究了难熔金属箔对接头微观结构、力学性能和应力缓解效果的影响。采用Ag-26.7Cu-4.5Ti焊料及添加难熔金属W或Ta箔成功钎焊了Al2O3陶瓷与Cu。焊料中的Ti和Cu与Al2O3陶瓷发生界面反应在
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Al2O3陶瓷与Cu及Ti合金的连接在电子封装和航空航天等领域有广泛的应用。本研究采用Ag-26.7Cu-4.5Ti焊料及添加难熔金属箔真空钎焊Al2O3陶瓷与Cu及Ti6Al4V（TC4）合金,研究了难熔金属箔对接头微观结构、力学性能和应力缓解效果的影响。采用Ag-26.7Cu-4.5Ti焊料及添加难熔金属W或Ta箔成功钎焊了Al2O3陶瓷与Cu。焊料中的Ti和Cu与Al2O3陶瓷发生界面反应在Al2O3陶瓷与焊料层之间生成了Cu3Ti3O反应层。采用Ag-26.7Cu-4.5Ti焊料时,焊料层主要由Ag（ss）和Cu（ss）组成。采用Ag-26.7Cu-4.5Ti焊料+W箔或Ta箔时,接头连接区域可以分为焊料层I、难熔金属中间层和焊料层II。其中,焊料层I和II中均主要由Ag（ss）和Cu（ss）组成。对于添加W箔的接头,焊料中少量Ti原子会吸附在W表面,促进液态焊料与W中间层的界面结合。而对于添加Ta箔的接头,连接过程中Ta向液态焊料层中发生了少量的扩散和溶解。采用Ag-26.7Cu-4.5Ti焊料及添加难熔金属Mo或Nb箔成功钎焊了Al2O3陶瓷与TC4合金。与Al2O3/Cu接头类似,在Al2O3陶瓷与焊料层之间生成了Cu3Ti3O反应层。同时,由于Cu向TC4母材中发生扩散形成了富Ti的扩散层。当采用Ag-26.7Cu-4.5Ti焊料时,接头中焊料层主要由Ag（ss）和Ti Cu组成。而在Ag-26.7Cu-4.5Ti焊料中添加难熔金属箔时,接头连接区域包括焊料层I、难熔金属中间层和焊料层II。其中,焊料层I主要由Ag（ss）和Cu（ss）组成,而焊料层II主要为Ag（ss）和Ti Cu相。此外,Mo和Nb箔在连接过程中均向液态焊料中发生了少量的扩散和溶解。采用在Ag-26.7Cu-4.5Ti焊料中添加W箔和Ta箔连接Al2O3陶瓷与Cu时,接头平均剪切强度分别为32.7 MPa和37.3 MPa,均高于不添加难熔金属箔的接头强度（24.9 MPa）。在Ag-26.7Cu-4.5Ti焊料中添加Mo和Nb箔连接Al2O3陶瓷与TC4合金时,接头剪切强度分别为32.4 MPa和27.9 MPa,也均高于未添加难熔金属箔的接头强度（23.8 MPa）。说明在焊料中添加难熔金属箔有利于接头性能的提高。这主要是由于在焊料中引入与Al2O3陶瓷母材热膨胀系数接近的难熔金属中间层时,可以改善接头中的应力分布及减少应力集中。此外,难熔金属箔Ta和Nb箔具有较好的塑性和延展性,可抑制接头微裂纹的扩展,也有利于接头的力学性能的提高。
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