YIG陶瓷与Cu的连接工艺及机理研究

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钇铁石榴石铁氧体(YIG)作为一种典型的微波铁氧体,常用于雷达、微波通讯、导弹等领域。在实际应用中,YIG陶瓷常需要与Cu进行连接,本文提出了先对YIG陶瓷进行表面金属化处理,再对Cu/金属化YIG进行钎焊实现连接。研究了CuO含量、钎焊温度及保温时间对Ag-CuO钎料在YIG陶瓷表面润湿的影响,YIG陶瓷颗粒含量对金属化层微观组织的影响。YIG陶瓷颗粒含量、钎焊温度及保温时间对Cu/金属化YIG接头组织和力学性能的影响,分析了陶瓷表面金属化机理和钎焊接头形成机理。CuO含量的增加、钎焊温度的升高和保温时间的延长均可提高Ag-CuO钎料在YIG表面的润湿性,CuO与YIG陶瓷反应生成CuFe2O4,提高钎料的润湿性。YIG陶瓷表面金属化结构的典型组织为:Ag+CuO+CuFe2O4/YIG。综合考虑各因素的影响,确定了钎料配比为Ag-7.5CuO,表面金属化的工艺参数为:钎焊温度为1040℃,保温时间为20min。YIG陶瓷颗粒的加入大大改善了Ag-CuO钎料润湿性,增加CuFe2O4产量,可得到表面平整可进行间接钎焊的金属化层。使用Ag-7.5CuO/5YIG复合钎料时,YIG陶瓷表面金属化结构的典型组织为:Ag+Y3Fe5O12+CuO+CuFe2O4/YIG。钎料中YIG陶瓷颗粒含量的增加,导致金属化层中YIG和CuFe2O4相增多,金属化层表面平整度下降。向Ag7.5CuO/5YIG复合钎料加入1%TiO2时,可生成更多的CuFe2O4相,并在金属化层/YIG界面附近富集。使用Sn-3.5Ag-0.75Cu钎料完成了金属化YIG陶瓷/Cu的钎焊连接,钎料与母材Cu及金属化层发生界面反应,得到的钎焊接头典型微观组织为:Cu/Cu3Sn/Cu6Sn5/Sn+Ag3Sn+Cu6Sn5/Ag3Sn/Ag+Y3Fe5O12+CuO+CuFe2O4/YIG。随着YIG含量的增加,焊缝中YIG和CuFe2O4相增多,接头剪切强度随YIG含量增加而减小。钎焊温度的升高和保温时间的延长会使Sn基固溶体两侧的反应层增厚。随着钎焊温度升高,接头剪切强度先增加后减小。而随着保温时间的延长,接头剪切强度随着下降。当复合钎料中YIG含量为5%,钎焊温度为270℃,保温时间为1min时,获得最高接头剪切强度,为28.7MPa。向复合钎料中加入少量TiO2后,改变了YIG陶瓷颗粒在焊缝中分布情况,提高了接头力学性能。
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