论文部分内容阅读
为了实现陶瓷与金属性能上的互补，解决金属与陶瓷传统钎焊(两步法)工艺复杂、成本高、生产效率低等问题，本文围绕金属与陶瓷的活性钎焊法开展研究。本论文采用Ag、Cu纯金属粉和TiH2粉制备金属-陶瓷活性粉末钎料。根据活性粉末钎料差热分析(DSC)以及热重分析(TG)结果设计了活性钎料配方及其钎焊工艺参数，并研究了活性钎料在陶瓷表面的润湿性及其影响因素。在膨胀系数匹配性、金属表面加工方法、钎料涂覆方式、缓冲层设计等研究基础上，制备出钎焊结合强度良好的不同金属(316L不锈钢、In783高温合金和4J34可伐合金)与陶瓷(4＃镁橄榄石－堇青石复相陶瓷)的钎焊接头。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、能谱成分分析(EDS)等手段进行了钎焊接头界面分析，初步探讨了钎焊界面的形成机制。
活性钎料配方及钎焊工艺研究结果表明，活性钎料配方为67.7％Ag和26.3％Cu(共晶成分)以及6％TiH2，活性钎焊工艺为第一保温段(450℃×30min)、第二保温段(700℃×30min)、第三保温段(800℃×10min)和950℃×30min烧结段。采用上述活性钎料配方及钎焊工艺可以获得良好的金属与陶瓷钎焊接头，提高钎焊真空度以及适当降低钎焊后的冷却速度可以提高钎焊接头质量。
钎焊接头的力学性能测试结果表明，采用与陶瓷热膨胀系数相近的4J34可伐合金，能显著提高钎焊接头的结合强度；采用环形钎料涂覆方式、添加缓冲层以及在金属表面加工缓冲槽等均能有效提高316L不锈钢与陶瓷钎焊接头的钎焊强度，其中以环形钎料涂覆方式的效果最为明显。
通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和能谱(EDS)分析了金属/钎料/陶瓷的界面结构，并在热力学计算和相图分析基础上，研究了活性元素Ti与陶瓷基体以及活性元素Ti与钎料中Cu元素的反应。研究结果显示，钎料与陶瓷界面层具有吸附层和反应层双层结构，吸附层在陶瓷表面连续分布并富含Cu、Ti元素，而反应层在陶瓷表面呈不连续分布并仅含有Ti元素和Si、Mg等陶瓷组成元素，表明钎料中的Cu元素促进了Ti元素在陶瓷表面的富集，而Ti元素单独参与陶瓷界面反应实现钎料与陶瓷界面的结合，体现了Ti元素在钎料中的活性作用；钎料与金属界面层结构较为简单，系通过金属表面的局部微量溶解以及Ag元素沿着金属的晶间渗入实现钎料与金属界面的结合。Ti元素与陶瓷的界面反应产物可能是TiO、TiSi等化合物。