Al2O3陶瓷表面化学镀铜工艺及其低温连接

进行了Al2O3陶瓷表面的化学镀铜处理,制定了前处理流程.研究了硫酸铜浓度、甲醛浓度、施镀温度、施镀时间等对镀层沉积速率的影响,对镀层进行了金相分析,在此基础上得到化学镀铜的优化工艺.进行了镀铜后Al2O3陶瓷低温钎焊工艺试验,研究了不同化学镀工艺条件对接头组织及力学的影响.结果表明,在试验条件下,随着焊接温度升高,接头致密度变差;焊接时间增加,焊缝宽度也增加;硫酸铜,甲醛浓度增加,镀层厚度增加,相对影响了钎焊焊缝宽度和质量.     

采用Au基钎料真空钎焊Al2O3陶瓷

首先选用AgCuTi活性钎料在880℃/10 min参数下对A1₂O₃陶瓷表面进行金属化处理,之后尽量去除金属化层中的AgCu共晶组织,然后选用两种Au基高温钎料在980℃/10 min参数下对金属化后的A1₂O₃进行了钎焊连接.结果表明,在Al₂O₃/Au-Ni/Al₂O₃接头中靠近Al₂O₃母材的界面处生成一层薄薄的扩散反应层,该反应层主要由TiO₂和Al₂O₃组成;在Al₂O₃/Au-Cu/Al₂O₃接头中同样存在扩散反应层,与前者不同的是,接头中检测到Ti-Au相的存在.分别对Au-Ni和Au-Cu两种钎料获得的Al₂O₃接头进行了抗剪强度测试,前者对应接头强度为95.5 MPa,后者对应接头强度达到102.3 MPa.     

Al2O3陶瓷表面化学镀镍工艺及其低温连接

进行了Al2O3陶瓷表面的化学镀镍处理,对Al2O3陶瓷表面前处理工艺各个工序进行研究,制定了前处理流程.研究了硫酸镍浓度、次亚磷酸钠浓度、施镀温度、施镀时间等对镀层沉积速率的影响,对镀层进行了金相分析,在此基础上得到化学镀镍的优化工艺.进行了镀镍后Al2O3陶瓷低温钎焊工艺试验,研究了不同化学镀工艺条件对接头组织及力学的影响.结果表明,在试验条件下,硫酸镍、次亚磷酸钠浓度等化学镀工艺,焊接温度、焊接时间及压力等焊接工艺对接头组织及力学性能均有重要的影响.     

工艺参数对Al2O3/TC4合金接头界面组织及力学性能的影响

采用Cu＋B钎料分别在钎焊温度890～970℃,保温时间为10min;钎焊温度为930℃,保温时间0～30min条件下,钎焊A120,陶瓷与TCA合金．利用SEM,EDS和压剪试验研究接头界面组织及力学性能．结果表明,随钎焊温度升高或保温时间的延长,Ti2（Cu,Al）2O层增厚,紧邻其侧生成连续并增厚的Ti2（Cu,Al）,Ti2（Cu,Al）含量增加;Ti＋Ti2（Cu,Al）含量增加,尺寸变大,分布范围逐渐变宽并向TC4合金侧迁移,TCA合金侧过共析组织区变宽．钎焊温度低于950℃时,TiB晶须主要分布在Ti2Cu晶界处的AlCu2Ti上;当钎焊温度高于950℃时,AlCu2Ti相逐渐消失,TiB晶须主要分布于Ti2Cu上．当保温时间为10min,钎焊温度为950℃时,接头最大强度为96MPa;而当钎焊温度为930℃,保温时间为20min时,接头最大强度为83MPa．关键词：Al2O3陶瓷;TC4合金;钎焊参数;界面组织;抗剪强度     

Cu+B复合钎料配比对Al2O3/TC4合金钎焊接头界面组织的影响

分别以不同配比的铜和硼混合粉末作为钎料,在钎焊温度930℃,保温时间10min条件下钎焊连接Al2O3与TC4合金,并结合SEM与EDS观察对钎焊接头的连接状况及组织结构进行分析．结果表明,A12O3／TC4合金钎焊接头的界面组织为Al2O3,／Ti3（Cu,A1）3O／Ti2Cu＋Ti2（Cu,Al）／Ti＋Ti2（Cu,Al）＋Ti（Cu,Al）＋AlCu2Ti＋Ti2Cu／Ti2Cu＋AICu：Ti＋TiB／Ti＋Ti2Cu／TC4合金．钎焊过程中,复合钎料中的铜与TC4合金中的钛发生互扩散,在连接层与TC4合金界面形成不同成分的Cu-Ti化合物．硼与液相中的钛反应,在接头中原位生成TiB晶须,且主要分布在Ti2Cu和AlCu2Ti上．随TiB生成量的增加,Ti2（Cu,Al）生成量增加,并逐渐变得连续,同时向Al2O3侧移动．     

DD3高温合金与Ti3AlC2陶瓷的真空钎焊

通过对比试验优选出了合适钎料,并进行了后续钎焊试验.在钎焊温度800~900℃,保温时间为10 min的条件下,采用Ag-Cu-Ti钎料实现了DD3镍基高温合金与Ti₃AlC₂陶瓷的真空钎焊连接.利用扫描电镜、能谱仪、XRD等对接头的界面结构进行了分析.结果表明,接头的典型界面结构为DD3/AlNi/Al₃(Ni,Cu)₅+Al(Ni,Cu)+Ag_ss/(Al,Ti)₃(Ni,Cu)₅/Al₄Cu₉+AlNi₂Ti+Ag_ss/TiAg/Ti₃AlC₂.接头的力学性能测试表明,在钎焊温度为850℃,保温时间为10 min的条件下,接头的最高抗剪强度可达135.9 MPa,断裂发生在靠近钎缝的Ti₃AlC₂陶瓷侧.降低和提高钎焊温度对接头界面组织影响不大,但接头强度有一定程度下降.     

Al_2O_3陶瓷与5A05铝合金的间接钎焊工艺

利用Al-Si-Mg钎料和自制工艺罩内置Mg粉方法,实现化学镀镍Al2O3陶瓷与5A05铝合金的真空钎焊连接,并分析保温时间及连接温度对接头界面结构和抗剪强度的影响。结果表明:连接温度570℃,保温时间15min为最佳工艺参数,此时接头界面结构为Al2O3/Ni(Ⅰ区)/Al3Ni2(Ⅱ区)/Al3Ni+Mg2Si(Ⅲ区)/α(Al)+Mg2Si(Ⅳ区)/5A05,接头的抗剪强度为25MPa。随着保温时间的延长,Ni层变薄,Al3Ni2组织的变化不大,Al3Ni+Mg2Si组织逐渐变宽,且呈分散趋势;当保温时间延长到50min时,Al3Ni+Mg2Si完全变成零乱的形状、大小不一的块状分布,且靠近5A05侧的Mg2Si消失。连接温度对界面组织结构的影响与保温时间的影响相似,接头断裂形式为脆性断裂。当接头的强度较低时,断裂发生在铝合金侧的α(Al)+Mg2Si附近;当接头的强度较高时,断裂发生在镀Ni层+界面区(Ⅱ区与Ⅲ区)。     

Al_2O_3陶瓷与TiAl合金真空钎焊接头界面组织及性能

采用AgCuTi活性钎料实现了Al_2O_3陶瓷与TiAl合金的钎焊连接,研究了钎焊接头的界面结构及其形成机制,并且分析了不同钎焊参数对接头界面组织和接头力学性能的影响规律。结果表明:Al_2O_3陶瓷与TiAl合金钎焊接头的典型界面组织为:Al_2O_3/Ti_3(Cu,Al)_3O/Ag(s.s)+Cu(s.s)+AlCu_2Ti/AlCu_2Ti+AlCuTi/TiAl。钎焊过程中,TiAl基体向液态钎料中的溶解量决定了钎焊接头界面组织的形成及其演化。随着钎焊温度的升高和保温时间的延长,Al_2O_3陶瓷侧的Ti_3(Cu,Al)_3O反应层增厚,钎缝中弥散分布的团块状AlCu_2Ti化合物逐渐聚集长大。陶瓷侧界面反应层的厚度和钎缝中AlCu_2Ti化合物的形态及分布共同决定着接头的抗剪强度。当钎焊温度为880℃,保温10 min时,接头的抗剪强度最大,达到94 MPa,此时接头的断裂形式呈现沿Al_2O_3陶瓷基体和界面反应层的复合断裂模式。     

Al2O3弥散强化铜与T2铜的真空钎焊工艺研究

使用Ag-Cu-Ti钎料以及Ag-Cu-Ti+BAg72Cu复合钎料对Al2O3弥散强化铜与T2铜进行真空钎焊,研究了钎焊温度和保温时间对钎焊接头组织和性能的影响。结果表明,温度过低,钎料与母材相互冶金作用较弱,接头性能较差;温度过高或保温时间过长,钎料向弥散强化铜中毛细渗入严重,焊缝中出现孔洞,接头强度也下降。利用Ag-Cu-Ti+BAg72Cu复合钎料进行钎焊能有效提高接头强度。     

等离子熔凝Al2O3/GdAlO3共晶陶瓷的制备与组织

以77mol%Al2O3和23mol%Gd2O3的共晶配比混粉,以高温等离子为热源,加热粉体使其熔融,随后以空冷和水冷的不同冷却方式实现凝固,得到不同的冷凝试样。采用X射线衍射仪和场发射扫描电镜对试样的相组成和微观形貌进行表征。结果表明,采用不同冷却工艺制备的熔凝试样均具有部分连续的Al2O3/GdAlO3共晶组织,组织致密,相界面结合良好,没有气孔和杂质;与空冷试样相比,水淬试样组织得到细化,共晶间距达到0.2μm左右。     

Al_2O_3陶瓷与5005铝合金的高频感应钎焊

为实现Al2O3陶瓷与5005铝合金的低温连接,采用Ag-Cu-Ti粉末对Al2O3陶瓷表面进行活性金属化处理.结果表明,当活性金属化温度为880~900℃,保温时间10 min时,在Al2O3陶瓷界面形成连续致密无缺陷的Ti3Cu3O反应层.采用Al-Si钎料对活性金属化Al2O3陶瓷与5005铝合金进行高频感应钎焊,研究了接头的典型界面组织及其形成过程.结果表明,当温度为600℃,保温时间为1 min时,铝合金侧由团状α-Al和晶间渗入的AlAg-Cu共晶组织构成,团状α-Al上有板条状初晶硅出现,Al2O3陶瓷侧有弥散分布的过共晶Al-Si组织,Ti3Cu3O反应层的形成是实现Al2O3陶瓷与5005铝合金可靠连接的关键,接头的最大抗剪强度达到52 MPa.     

国外多孔基体氧化铝/氧化铝复合材料工程应用进展

氧化铝/氧化铝复合材料(Al2O3/Al2O3)是20世纪90年代兴起的一类连续陶瓷纤维增强陶瓷基复合材料,已经发展为与SiC/SiC、C/SiC等非氧化物陶瓷基复合材料并列的一类陶瓷基复合材料。与非氧化物陶瓷基复合材料相比,Al2O3/Al2O3具有长时抗氧化、高温耐腐蚀、低成本等独特优势,已经在航空发动机、地面燃气轮机等军民两用热结构材料领域展现出广阔的应用前景。本文从材料应用的角度出发,系统分析阐述了目前在Al2O3/Al2O3占主导地位的多孔基体Al2O3/Al2O3(P-Al2O3/Al2O3)的增韧机制、成型工艺和性能特点,重点归纳了国外近年来P-Al2O3/Al2O3的工程化应用进展及前景,最后指出了P-Al2O3/Al2O3存在的局限性并展望了未来发展方向,旨在为国内Al2O3/Al2O3体系发展提供借鉴和参考。     

Al2O3陶瓷Ti+Nb/Mo金属化对其与Kovar合金钎焊连接的组织和力学性能的影响

采用磁控溅射在Al₂O₃陶瓷表面沉积了Ti+Nb/Mo金属层,实现了氧化铝陶瓷的金属化,并通过电镀镍提高了金属化效果.采用AgCu28钎料,实现了金属化Al₂O₃陶瓷与Kovar合金的可靠连接.通过扫描电子显微镜和能谱观察了钎缝的微观组织.结果表明,钎料与母材发生了明显的界面反应.Cu元素扩散进入Kovar合金,同时Ni元素扩散进入钎料的富铜区,从而促进AgCu/Kovar连接界面的形成;金属化层在Al₂O₃/AgCu钎料界面处,起到了关键作用,其中铌可以抑制脆性化合物形成,缓解残余应力.金属化层镀镍后,钎缝中AgCu共晶区明显,且钎缝较宽,对提高镀镍试样的钎焊接头强度有一定作用.     

采用AgCuTi活性钎料真空钎焊MgAl_2O_4透明陶瓷

采用Ag Cu Ti活性钎料箔带分别在880℃/10 min和880℃/60 min两种工艺下对Mg Al2O4陶瓷进行了真空钎焊连接,接头冶金质量良好,两种工艺下接头抗剪强度分别为52.4 MPa和61.3 MPa.微观分析结果表明,靠近陶瓷母材附近生成了连续的扩散反应层结构,结合XRD结果,该层主要由Cu Al2O4和Ti O两种化合物组成;钎缝基体区由Cu(s,s),Ag(s,s)和Ti O相组成.     

过渡材料对等离子喷涂Al2O3梯度陶瓷涂层性能影响

针对Al2O3陶瓷涂层结合强度低、孔隙率高的实际,选择NiAl金属间化合物和金属铜粉作为过渡材料,利用等离子喷涂制备Al2O3梯度陶瓷涂层,并对梯度涂层进行组织形貌观察,测试结合强度和孔隙率.结果表明,梯度涂层的组织表现出宏观的不均匀性和微观连续性的分布特征,NiAl和Cu是金属基体与Al2O3涂层之间过渡层的理想材料,可以有效地提高涂层的结合强度,而Cu-Al2O3梯度涂层又比NiAl-Al2O3梯度涂层结合强度高;梯度涂层的孔隙率远低于双涂层的孔隙率,在Cu-Al2O3梯度涂层中随Al2O3含量的增加,涂层的孔隙率降低,而且孔隙率低于NiAl-Al2O3梯度涂层.     

Surface integrity and material removal mechanisms associated with the EDM of Al2O3 ceramic composite

Electric discharge machining (EDM) has been proven as an alternate process for machining complex and intricate shapes from the conductive ceramic composites. The performance and reliability of electrical discharge machined ceramic composite components are influenced by strength degradation due to EDM-induced damage. The success of electric discharge machined components in real applications relies on the understanding of material removal mechanisms and the relationship between the EDM parameters and formation of surface and subsurface damages. This paper presents a detailed investigation of machining characteristics, surface integrity and material removal mechanisms of advanced ceramic composite Al₂O₃–SiC_w–TiC with EDM. The surface and subsurface damages have also been assessed and characterized using scanning electron microscopy (SEM). The results provide valuable insight into the dependence of damage and the mechanisms of material removal on EDM conditions.     

La2O3含量对Al2O3/Cu基复合材料组织与性能的影响

以La₂O₃粉、Al粉、CuO粉为反应物原料、纯铜为基体,采用原位合成技术和近熔点铸造法制备颗粒增强Cu基复合材料,研究La₂O₃对Al-CuO体系制备的Cu基复合材料组织及性能的影响。结果表明：添加La₂O₃可获得纳米Al₂O₃颗粒,且弥散分布于Cu基体中,制备的材料组织更加细小、均匀,其材料的电导率及摩擦磨损性能明显提高。当添加0.6%wtLa₂O₃,复合材料的电导率达到90.2%IACS,磨损量达到最小,相比未添加La₂O₃,其导电率提高10.1%,磨损量减小36.6%。     

Pulsed Nd:YAG laser turning of micro-groove on aluminum oxide ceramic (Al2O3)

The present study investigates the relationship of processes parameters of pulsed Nd:YAG laser-turning operation for production of micro-groove on cylindrical workpiece of ceramic material. A microprocessor-based work holding device has been developed to provide the rotational motion of cylindrical work pieces for micro-turning operation. Laser turning of micro-grooves on ceramics is highly demanded in the present industry because of its wide and potential uses in various fields such as automobile, aerospace and bio-medical engineering applications, etc. Experiments have been conducted on laser micro-grooving of aluminum oxide (Al₂O₃). The central composite second-order rotatable design (CCD) had been utilized to plan the experiments and response surface methodology was employed for developing empirical models. Analysis on machining characteristics of pulsed Nd:YAG laser micro-grooving operation was made based on the developed models. In this study, lamp current, pulse frequency, pulse width, assist air pressure and cutting speed of work piece are considered as laser machining process parameters. The process performances such as upper deviation (Y_uw), lower deviation (Y_lw) and depth (Y_d) characteristics of laser-turned micro-grooves produced on cylindrical work piece made of Al₂O₃ were evaluated. Analysis of variance (ANOVA) test had also been carried out to check the adequacy of the developed regression empirical models. The observed optimal process parameter settings are lamp current of 22.517 A, pulse frequency of 1.477 kHz, pulse width of 2.394% of duty cycle, cutting speed of 10.4283 rpm and assist air pressure of 1.3 kgf/cm² for achieving minimum upper deviation, lower deviation and depth of laser-turned micro-grooves, and finally the results were experimentally verified. From the analysis, it was found that proper control of the process parameters lead to achieve minimum upper deviation, lower deviation and depth of laser-turned micro-grooves produced on cylindrical workpiece of Al₂O₃.