氧化铝陶瓷与纯铜的活性钎焊工艺的研究

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氧化铝陶瓷与金属的有效连接,不仅能够发挥氧化铝陶瓷和金属各自独特的优异性能,还能够弥补各自多方面的性能缺陷。纯铜作为电导率和热导率仅次于银,且价格相对低廉、易得的金属材料,被广泛的应用于导电、导热器件和设备中。性能优异的氧化铝陶瓷与纯铜的复合构件,对推动能源、电子电力和航空航天等重要领域的进步具有非凡的意义。本课题以Ag-Cu共晶粉末和TiH2粉末为原材料制备Ag-Cu-Ti活性钎料,探索活性元素Ti含量的变化对Ag-Cu-Ti活性钎料润湿氧化铝陶瓷的影响;采用两种粉末均匀混合后直接填充钎焊接头的方式进行氧化铝陶瓷与纯铜的活性钎焊连接时,Ti含量为5wt%、10wt%和15wt%时,探索活性元素Ti含量对钎焊接头微观组织形貌和性能等的影响。据此,本课题提出采用先喷涂Ag-Cu共晶粉末至纯铜待焊面,再填充TiH2粉末至Ag-Cu共晶表面与氧化铝陶瓷之间的钎料填充方式进行氧化铝陶瓷与纯铜的活性钎焊连接。观测和分析活性元素Ti的含量对钎焊接头微观组织形貌和性能的影响规律。得到主要结论:先喷涂Ag-Cu共晶粉末,再加入活性元素Ti的钎料填充方法的焊后反应层厚度更加宽且均匀;以先喷涂Ag-Cu共晶粉末,再加入活性元素Ti的方法填充活性钎料,当Ti含量为2wt%和3wt%时,采用钎焊温度为875℃,保温60min,钎焊真空度为3.0×10-2Pa,钎焊过程中不施加压力,可以实现氧化铝陶瓷与纯铜的牢靠连接。同时,利用EDS和XRD衍射实验等检测方法,以及热力学分析方法,更加深入的解释钎焊接头处界面反应过程,及结合机理。经过分析确定氧化铝陶瓷与纯铜实现了冶金结合,生成物AlTi和AlxTiy对两种材料的连接起到优良的过渡作用。
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