论文部分内容阅读
多孔石墨因其优越的导热、导电、吸波减震等特性获得广泛关注。液态金属材料在石墨表面铺展润湿性,在复合材料制备和异种材料连接的关键作用。石墨与金属进行连接时,因为异种材料的冶金不相容性和物理性能不匹配,熔融钎料很难在石墨表面润湿铺展。已取得的研究成果表明,在真空或者保护气氛下,活性钎料在高温下可以润湿石墨,获得可靠连接。但在工业生产领域真空设备昂贵且工艺复杂,限制了这种先进碳材的大面积应用。在大气气氛下,活性钎料表面因活性元素生成的氧化膜会影响在母材上润湿铺展,并不能形成良好钎焊接头。所以在非真空和较低温度下,实现活性金属钎料与石墨润湿铺展是先进碳素材料广泛工业应用的关键。本文采用超声波辅助钎焊,在大气气氛和较低的钎焊温度下获得了可靠连接的金属/石墨接头。研究了液态活性钎料在大气气氛下在石墨表面的润湿性和铺展过程,对影响润湿性和铺展的因素进行了分析。观察并分析了Sn基活性钎料在大气气氛下氧化膜的组成和形成机理。研究发现,Sn5Ag8Ti表面氧化膜由Ti、Ag、Sn三种氧化物组成,随氧化物组成的不同,外观呈黄、白、蓝、紫、褐黑五种不同颜色。Sn5Ag2Ti1Al表面氧化膜颜色较单一,主要由银白色的Al2O3组成。施加声波可以使表面氧化膜破碎。分别研究了真空及大气环境下钎料在石墨表面的润湿性。研究发现,在真空下当钎焊温度为723K时,Sn5Ag8Ti和Sn5Ag2Ti1Al钎料都能润湿石墨表面,润湿角都为锐角,前者度数为40°后者是39°。超声波作用下,在大气气氛下当钎焊温度为723K时,Sn5Ag8Ti在石墨表面三相线处润湿角为39°,Sn5Ag2Ti1Al在石墨表面三相线处润湿角为14.5°。超声波能破碎活性钎料表面的氧化膜,摆脱其束缚,在声压作用下迅速延声波传播方向铺展,铺展过程中伴随有雾化现象。Sn5Ag2Ti1Al钎料较Sn5Ag8Ti钎料铺展距离更长,铺展面积更大。揭示了钎焊接头界面反应机理。结果表明,无论是在真空下还是在大气条件下,Sn5Ag8Ti或是Sn5Ag2Ti1Al钎料,界面处生成的Ti C反应层,是活性钎料在石墨表面润湿的关键,Ti C的生成降低固液界面张力,使接触角减小。超声波作用时由于焊接温度低及钎料表面的氧化膜,致使活性钎料中的Ti原子难以扩散进入石墨形成Ti C层,但随着超声波的去膜和空化效应,即使在低温下Ti元素任然能进入石墨,形成约20纳米的Ti C层,尽管生成的Ti C层很薄,但仍然能改善钎料在石墨表面的润湿性。