SiC陶瓷与Kovar合金钎焊工艺研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dextersky001
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
SiC陶瓷是耐事故容错燃料中的理想包壳材料,然而由于其硬度较大,不易成形复杂形状零部件,限制了使用范围。Kovar合金属于定膨胀合金,具备良好的加工性,其热膨胀系数在室温下与SiC陶瓷相近。SiC/Kovar异种材料连接结构在核工业具有较大应用价值,如何实现二者有效连接是目前存在的技术难题。本文基于Ag-Cu-Ti粉钎料采用活性钎焊法对SiC陶瓷和Kovar合金实现了有效连接。研究了钎焊温度、保温时间对焊缝显微组织及力学性能的影响,并探索了焊缝形成机理。采用Ag-27.4Cu-2Ti粉钎料钎焊SiC/Kovar,结果表明,随着钎焊温度的提升,其接头抗剪强度呈下降趋势;随着保温时间的延长,其接头抗剪强度呈先升后降趋势,接头断裂方式都呈现脆性断裂。当钎焊温度为810℃、保温时间为15min时,接头抗剪强度最大为20MPa,结合相图及热力学,对于焊缝中不同相存在可行性进行理论分析,采用SEM、XRD、EDS等方法进行试验验证,结果表明其接头组织为:SiC/Ni2Si+Fe3Si/Ti C+Cu(s,s)+Ag(s,s)/Fe3Si+Fe2Ti/Kovar。基于降低陶瓷基体应变能Ue,c及母材溶解机制,设计Ag-Cu-Ti/Cu/Ag-Cu软性复合中间层钎料钎焊SiC/Kovar,有效抑制了母材的溶解及焊缝中脆性化合物的含量。随着钎焊温度的提升,其接头抗剪强度呈下降趋势;随着保温时间的延长,其接头抗剪强度呈先升后降趋势。在本文工艺研究范围内,钎焊温度810℃、保温时间15min时,其接头抗剪强度最大为33MPa,相比与仅使用Ag-Cu-Ti钎料接头最佳抗剪强度提升1.65倍,接头组织为:SiC/Ti C/Cu(s,s)+Ag(s,s)/Fe2Ti+Fe3Si/Kovar。对其焊缝形成机理研究表明,钎焊过程中,Ag-Cu箔片、Ag-Cu-Ti钎料先后融化,Cu箔片只能进行溶解。Ti原子向两侧母材界面扩散,在SiC侧与C原子结合形成Ti C;Cu箔片在溶解过程中形成块状物,未完全阻止元素的扩散,故Ti原子将穿过中间层,在Kovar界面形成Fe2Ti。Si原子在浓度差动力作用下,在Kovar界面聚集形成Fe3Si,并和Fe2Ti一起以链状物形式存在。采用有限元数值模拟方法,基于有限元ABAQUS商业软件平台对两种钎料钎焊接头残余应力进行模拟,结果表明,两种钎焊接头残余应力都呈拱形分布,应力峰值位于陶瓷母材棱部近缝区;复合中间层钎焊接头残余应力拱形度相对较为平缓,应力峰值为171MPa相比与Ag-Cu-Ti钎料接头应力峰值降低59%。
其他文献
随着个人电子产品的迅速发展,人们越来越重视产品的外观和质量,这就对生产产品的精密模具提出了更高的要求,因此加工模具的铜电极需要具有极高的精度和表面质量,并且边缘毛刺尺寸需要控制在5微米之内。而铜作为一种典型的塑性材料,在加工过程中极易产生毛刺,铜电极的毛刺会直接影响模具的质量,进而影响所加工产品的质量,造成产品的外观不良甚至是有缺陷。由于精密模具铜电极的尺寸较小且特征复杂,在现有的技术下,这些毛刺
蒙乃尔合金是以镍元素为基的镍铜合金,典型成分为70%镍和30%铜,是一类重要的镍基耐蚀合金。在传统蒙乃尔合金成分基础上引入硅元素即为含硅蒙乃尔合金,硅元素的加入可以起到提升合金的综合力学性能及耐磨性能的作用。本研究旨在对含硅蒙乃尔合金中第二相颗粒对合金力学及耐磨性能产生的影响进行系统研究,同时揭示含硅蒙乃尔合金磨损机制。在目前的研究工作中,通过非真空中频感应熔炼的方式制备出不同硅含量的蒙乃尔合金铸
Fe基块体非晶合金不仅具有高强度、高硬度、良好的耐蚀性,还显示出低矫顽力(Hc)、低铁损、高磁导率等优异的软磁性能,其中Fe基非晶带材已被应用于变压器、互感器、电抗器等电力电子设备与器件。Fe基非晶合金主要是由Fe和类金属元素组成,为了提高合金的玻璃形成能力(GFA),通常在合金中加入Al、Ga、Nb、Mo、Y等非晶形成元素,然而这些元素会降低合金的饱和磁感应强度(Bs)。相似元素添加能有效提高合
Cu-Ni-Sn合金作为环保型导电弹性铜合金,其强度较高,且具有良好的导电性能,高温稳定性,抗应力松弛性能及耐腐蚀性能,其中Cu-15Ni-8Sn合金的强度可以高达1300Mpa(与Cu-Be合金相当),广泛用于各种电子弹性元件中。但Cu-Ni-Sn合金在铸造过程中存在Sn偏析及后续的时效过程中容易产生不连续析出相等问题,严重影响合金的强度与加工性能。为了解决以上问题,以Co元素作为第四组元设计了
Co基非晶合金具有高磁导率、低矫顽力(Hc)、低铁损和磁致伸缩系数等特性,尤其是其高频软磁特性极佳,在电子产业和通信技术领域具有越来越重要的应用价值。但软磁性Co基合金的非晶形成能力(GFA)相对不高,而限制了其应用范围。利用非晶合金在其过冷液相区(ΔTx)的超塑性,不仅可以制备大尺寸的块体非晶,还可以批量化生产微型磁元器件,而适用于超塑性成形加工的非晶合金需要具有较宽的ΔTx和较高的GFA。但目
非晶合金因其独特的长程无序短程有序的结构而具有优异的力学、物理和化学性能。迄今已发展出了上千种非晶合金,它们主要是以Pd、Mg、La、Zr、Cu等金属元素为基的金属基合金,而以非金属元素为基的非晶合金极少,仅有Si和Ge基非晶合金的报道。这两种非金属基合金的强度、硬度和热稳定性都明显高于相同合金系的Al基非晶合金;它们还具有远高于其它非晶合金、接近半导体的极高电阻值。但Si基非晶合金的结构稳定性差
随着电子信息技术的快速发展,电子设备的信号处理日趋高速化,达到兆赫兹(MHz)频率范围,这对吸波材料提出了更大的挑战。提升吸收剂吸波性能的关键是提高阻抗匹配和能量衰减。而在兆赫兹频率范围内材料的磁导率通常远远小于介电常数,因此要求提高材料的磁导率来改善阻抗匹配和提高能量衰减。本文采用机械合金化方法成功制备了系列FeCoNiCr Cu高熵合金粉末,通过改变Cr和Cu元素摩尔比以及改进合金制备工艺,调
航空发动机的发展水平决定着飞机的使用性能,目前已经成为衡量一个国家科技水平和综合国力的重要指标之一。涡轮盘作为航空发动机的核心热端部件,工作条件极为恶劣,失效形式十分复杂,直接决定着航空发动机能否安全服役。因此要求涡轮盘材料在其使用温度范围内要有尽可能高的疲劳、持久性能以及良好的抗蠕变能力。以FGH4096合金为代表的粉末高温合金,解决了涡轮盘高合金化造成的凝固偏析和变形困难的问题,显著提高了涡轮
在电子封装中,Sn基钎料与Cu焊盘发生钎焊界面反应,生成金属间化合物(Intermetallic Compound,IMC),进而形成微互连焊点。为了满足电子器件微型化和集成化的发展需求,微互连焊点尺寸逐渐减小,这将会使界面IMC所占比例增大。而Cu-Sn型IMC是脆性相,过厚的IMC层会降低微焊点的力学性能和可靠性,因此需要对IMC的生长进行有效控制。由于形成微焊点的钎焊回流过程中发生液-固界面
新型B基B-Sm(La)-Co非晶合金具有极高的热稳定性和硬度,非晶态合金的宏观性能与其局部原子结构密切相关,但是由于其复杂的原子结构及有限的实验分析手段,非晶合金的原子结构和‘结构-性能’关系尚未得到很好地认识,计算机模拟目前已经成为研究材料的原子尺度结构细节的有效方法。本文采用从头算分子动力学(AIMD)的模拟方法对B基非晶合金进行模拟研究,通过对比B基B50Sm10Co40和Co基Co65S