CuTi基钎料钎焊AlON与h-BN/Si3N4陶瓷工艺与机理研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:accessw2009
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γ-AlON透明陶瓷具有优良的光学性能、介电性能和抗热震性能,因此可用于制造耐高温红外窗口。Si3N4陶瓷是一类制备导弹天线罩的理想材料,但其介电常数较高,在Si3N4陶瓷中引入h-BN能显著改善其介电性能,h-BN/Si3N4复合陶瓷具有更好的透波性能。因此,实现γ-AlON陶瓷与h-BN/Si3N4复合陶瓷的有效连接是制备红外制导导弹的关键。本文采用CuTi和CuNiTi两种活性钎料对γ-AlON陶瓷与h-BN/Si3N4复合陶瓷进行了钎焊连接,研究了两种活性钎料在γ-AlON、h-BN/Si3N4陶瓷上的润湿行为,分析接头微观组织及构成,探索钎焊温度、保温时间和钎料层厚度对接头组织和性能的影响,评价接头的高温力学性能,分析接头的形成机理。  本文通过座滴法研究钎料在母材表面的润湿行为,结果表明,Cu75Ti25(at.%)活性钎料在γ-AlON、h-BN/Si3N4陶瓷上的润湿角分别能达到20°和18°,而Cu70Ni10Ti20(at.%)活性钎料在γ-AlON、h-BN/Si3N4陶瓷润湿角分别为60°和18°;说明该钎料在两种母材表面均具有良好的润湿性,但加入Ni元素后的钎料在γ-AlON表面的润湿角增大。  采用Cu75Ti25钎料钎焊γ-AlON陶瓷与h-BN/Si3N4复合陶瓷接头的典型结构为:γ-AlON陶瓷/(Cu,Al)2Ti4O+Ti5Si3反应层/Cu(s.s)+CuTi金属间化合物/Ti5Si3+TiB+TiN反应层/(h-BN/Si3N4复合陶瓷)。钎焊温度、保温时间和钎料层厚度主要通过影响焊缝宽度、反应层厚度和接头中金属间化合物来影响接头性能。随着钎焊温度升高、保温时间延长和钎料箔片厚度增加,接头剪切强度均呈现增加后降低的趋势。在钎焊温度为1060℃、保温10min、钎料厚度为400μm时,得到的接头室温剪切强度达到最高为57MPa;并测得高温性能:400℃时接头的剪切强度为64MPa,600℃时为70MPa。接头的连接机理为:温度达到钎料熔点后钎料开始熔化,液态钎料中的活性元素Ti在焊缝两界面处形成富集并生成反应层;冷却室液态钎料凝固,生成Cu(s.s)、CuTi化合物、Ti5Si3、TiN、TiB相,最后形成稳定接头。  采用Cu70Ni10Ti20(at.%)活性钎料钎焊γ-AlON与h-BN/Si3N4陶瓷,所得接头的典型结构为:γ-AlON陶瓷/Al2O3-x·TiO+(Cu,Ni)2Ti4O反应层+Cu(s.s)+CuNiTi+(Cu,Ni)Ti2/TiN+Ti5Si3+TiB反应层/(h-BN/Si3N4陶瓷)。随着钎焊温度升高、保温时间延长和钎料薄片厚度增加,接头剪切强度都呈先升高后降低趋势。在钎焊温度1100℃、保温时间15min、钎料箔片厚度为400μm时,接头室温强度最高达到65MPa,400℃时接头的剪切强度为69MPa,600℃时为75MPa。接头的连接机理为:温度达到钎料熔点后钎料开始熔化,液态钎料中的活性元素Ti在焊缝两界面处形成富集并生成反应层;冷却室液态钎料凝固,生成Cu(s.s)和(Cu,Ni)xTiy化合物相,最后形成稳定接头。
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