论文部分内容阅读
“玻璃-金属”连接结构有较高的结构强度、密封性和保温性等优点,近年来广泛地应用于建筑行业、电气工程和太阳能领域,产生了良好的节能环保和绿色低碳社会效益。然而,由于两种材料的键型不同,很难实现玻璃与金属的键合;此外,玻璃与金属的热膨胀系数差异较大,在加热过程中容易产生热应力。因而,研究玻璃与金属新型的连接方法,实现玻璃与金属的可靠连接具有非常重要的意义。 本文采用一种高能束毛化技术,对可伐合金表面进行电子束和激光毛化,再对可伐合金表面进行预氧化处理,形成一定成分和厚度的氧化层。采用座滴法研究熔融玻璃在毛化金属表面的润湿性,分析玻璃-金属界面的机械-化学结合机理。最后,利用激光加热实现玻璃与金属的连接,研究激光工艺参数及毛化形貌对封接质量、界面微观组织及接头强度的影响。 研究结果表明,通过电子束毛化在可伐合金表面获得了螺旋线和六边形两种毛化形貌,通过光纤激光毛化和飞秒激光毛化在可伐合金表面分别获得了五种不同密度点阵排列的凹坑。可伐合金表面最佳预氧化工艺为:在大气环境下加热到700℃,保温10~15min。电子束毛化可以增大可伐合金表面的的粗糙度和有效接触面积,促进熔融玻璃的润湿铺展,且螺旋线型毛化表面润湿效果比六边形毛化表面要好;激光束毛化也能促进熔融玻璃在可伐合金表面的铺展润湿,光纤激光毛化点间距为0.6mm,飞秒激光毛化点间距为0.20mm时,润湿效果较好。 玻璃-金属的润湿界面可分为四个区域:可伐合金区、贫Fe区、富Fe区和玻璃区。硼硅玻璃和氧化层之间发生化学反应,氧化层逐渐向玻璃中溶解,Fe的氧化物Fe3O4和玻璃中的SiO2发生反应,主要的反应产物为Fe2SiO4。高能束毛化在可伐合金表面形成了特殊的粗化形貌,使熔融玻璃与金属基体之间形成强烈的机械咬合。金属表面的高能束毛化和预氧化处理有效促进了玻璃与金属的机械-化学结合,有利于提高玻璃与金属的连接强度。 激光功率为600~700W,光束扫描速度为10~20mm/s,离焦量为0mm时,可实现硼硅玻璃与可伐合金的可靠连接。当激光功率为650W,扫描速度15 mm/s时,玻璃-金属的接头强度达到最大值5.8MPa。高能束毛化有效改善了玻璃-金属封接质量,玻璃-毛化金属的接头强度最高为12.9MPa,比玻璃-未毛化金属的接头强度提高了122.4%。