陶瓷/金属钎焊体系反应润湿及残余热应力缓解的研究进展

陶瓷/金属钎焊件广泛应用于机械电子、能源化工、航空航天和生物医学等领域以实现材料各自性能上的优势互补。然而,陶瓷与金属原子键合上的差异及热膨胀失配使得它们的高可靠连接面临润湿性和残余热应力的问题。综述了国内外在反应润湿和残余热应力缓解方面的研究进展,对活性钎料/陶瓷界面反应产物及界面结构、界面反应热力学、反应润湿及铺展动力学模型进行了介绍,总结了复合钎料法和添加中间层法等残余热应力的缓解方法,并对当前存在的问题进行了初步探讨。     

液态金属在陶瓷上铺展时的前驱膜现象

本文采用 Sn 基活性钎料首次在金属-陶瓷润湿系统中发现了润湿前驱膜现象。仔细研究表明,这种前驱膜的形成与活性钎料中活性元素种类、陶瓷材料、第三组元种类及润湿温度有关。扫描电镜观察发现,前驱膜由一层连续的活性元素构成的反应膜和这层表面膜上停驻的细小而分离的 Sn 岛所组成。     

ZrO2陶瓷与镍活性钎焊界面反应机理研究

本文研究了活性钎焊法连接ZrO2陶瓷和金属镍的界面反应机理,采用微观组织观察、力学性能测试等方法,确定钎焊接头元素分布及反应生成物,从而研究活性钎焊界面反应机理。实验采用rri活性剂,发现活性钎焊法钎焊ZrO2陶瓷和金属Ni,钎料两侧界面出现比较明显的化学反应层和物理润湿层。反应层为活性元素n的主要集中区域,由于受到了zr元素扩散的影响,Ti在陶瓷表面富集现象减弱,cu与Ti的共存现象说明其也是反应的参与元素,她主要集中在焊缝中部。物理润湿层主要是cu、Ni形成的固溶体,还夹杂有少量金属氧化物。x射线衍射分析结果显示反应层界面的主要产物包括cu、Ti和．Ti、船金属间化合物,Ti的氧化物和cu-Ti-0、Ni-Ti-0化合物。通过力学性能测试,在1060℃时接头剪切强度得到提高,达到124Mpa。     

SiC陶瓷与316L不锈钢真空活性钎焊北大核心CSCD

采用Ag-Cu-Ti活性钎料,通过真空钎焊方法进行了SiC陶瓷与316L不锈钢的连接,研究了接头的界面组织、特征点成分和物相,并探讨了钎焊温度(800～930℃)、保温时间(0～30 min)对接头界面组织和连接强度的影响。结果表明,SiC陶瓷与316L不锈钢钎焊抗剪断口均发生在SiC陶瓷与钎料连接界面处,由于活性元素Ti的作用,在陶瓷与钎料的界面处形成了连续的反应层,反应生成了Ti C和Ti5Si3;在316L不锈钢与钎料的界面处,生成了Fe-Ti化合物和Cu-Ti化合物。随着钎焊温度升高及保温时间延长,接头强度均呈现出一个峰值,在温度为900℃,保温20 min的工艺条件下可获得最大接头抗剪强度。     

活性钎料Cu_(50)Ti_(50)在Sialon陶瓷表面的润湿动力学观察

采用躺滴技术观察了在1248K 活性钎料 Cu_(50)Ti_(50)在 Sialon 陶瓷表面的铺展动力学过程,并用 X射线衍射技术鉴定了在金属/陶瓷界面上产生的界面反应产物。结果发现,在试验条件下(1248K,0—5min),这种活性钎料在陶瓷表面流动时,润湿半径与铺展时间的平方根之间存在很好的线性关系。就作者所知,这一规律是第一次在金属—陶瓷系统中被发现和报道,其机理有待于进一步研究。     

氮化硅陶瓷的连接工艺以及钎料研究进展

氮化硅陶瓷由于其耐磨、耐高温、硬度高、热稳定性和抗腐蚀性好等优良性能,在宇航、能源等领域均有重要的应用。但是其存在脆性大、韧性差等缺点,需要采用连接技术制备陶瓷/金属复合构件来解决。目前常用的陶瓷连接方式包括钎焊、固相扩散连接、玻璃连接、部分瞬间液相连接,选择合适的钎焊方式以及钎料是提高接头强度的关键。制备陶瓷/金属复合构件既可以利用氮化硅陶瓷材料本身的优异性能,又可使构件具备金属材料良好的塑性和韧性,满足现代工程应用的需要。本文介绍了常用的陶瓷连接方法以及目前氮化硅陶瓷钎料的研究进展。     

SiC陶瓷与316L不锈钢真空活性钎焊

采用Ag-Cu-Ti活性钎料,通过真空钎焊方法进行了SiC陶瓷与316L不锈钢的连接,研究了接头的界面组织、特征点成分和物相,并探讨了钎焊温度(800～930℃)、保温时间(0～30 min)对接头界面组织和连接强度的影响。结果表明,SiC陶瓷与316L不锈钢钎焊抗剪断口均发生在SiC陶瓷与钎料连接界面处,由于活性元素Ti的作用,在陶瓷与钎料的界面处形成了连续的反应层,反应生成了Ti C和Ti5Si3;在316L不锈钢与钎料的界面处,生成了Fe-Ti化合物和Cu-Ti化合物。随着钎焊温度升高及保温时间延长,接头强度均呈现出一个峰值,在温度为900℃,保温20 min的工艺条件下可获得最大接头抗剪强度。     

用快速凝固Sn活性钎料低温连接ZnO陶瓷

在大气中成功地用快速凝固Ｓｎ基活性钎料低温连接ＺｎＯ陶瓷，接头的剪切强度明显高于用普通凝固钎料的最高达６０Ｍａ。     

Al2O3陶瓷与金属镍的活性钎焊研究

由于物理和化学性质的差异,实现陶瓷与金属的连接比较困难.本实验使用Ag-Cu-Ti活性钎料钎焊镍与Al2O3陶瓷.对钎焊后的试件进行剪切试验,确定接头强度最高时的温度为1000℃,而温度低于960℃时无法成功钎焊镍与陶瓷,温度高于1000℃会使钎焊接头强度下降.采用材料测试分析方法对钎焊接头组织进行分析,发现Cu在接头内平均分布,Ag呈聚集态,而Ti分布在接头的两侧.反应产物中的元素包括Cu,Ti,Al,Zr,O等,Ti,Cu与Al2O3陶瓷发生反应在界面处生成复杂化合物,从而实现陶瓷与金属的连接.     

用快速凝固Sn基活性针料低温连接ZnO陶瓷

在大气中成功地用快速凝固Ｓｎ基活性钎料低温连接ＺｎＯ陶瓷．接头的剪切强度明显高于用普通凝固钎料的，最高达６０ＭＰａ．     

Diffusion bonding of ceramics

Diffusion bonding of ceramics to ceramics and to metals is reviewed, with primary emphasis on the effects of operational variables on joint strength. These include principal bonding parameters such as temperature, time and pressure. In addition, the influence of atmosphere, mismatch in coefficient of thermal expansion between the joint members, interlayers and surface structure are discussed. The mechanisms involved, i.e. plastic deformation, various forms of diffusion and power law creep, imply that temperature is the most important process parameter. Finally, a survey of variables employed in bonding of different ceramic-metal and ceramic-ceramic joints is included as a guideline for selection of materials and parameters.     

网络陶瓷/金属复合材料的研究进展

介绍了网络陶瓷/金属复合材料近年来的发展.从网络陶瓷/金属复合材料体系出发,介绍了当前主要制备网络陶瓷的多种制备工艺和方法以及各种方法的优缺点;在制备复合材料的工艺中,介绍了无压浸渗和压力浸渗制备网络陶瓷/金属复合材料两种主要的材料复合方法,比较了无压和压力浸渗制备网络陶瓷/金属复合材料各自的优点和弊端;介绍了陶瓷/金属相的润湿类型以及通过添加元素、包覆及热处理等方法来改善金属对陶瓷的润湿;同时也介绍了复合材料中陶瓷与金属结合处的界面结构类型.总结了目前制备的网络陶瓷的不足之处,提出为了满足抗冲击材料的使用,制备网络陶瓷必须要解决的几个关键问题.     

陶瓷-金属复合材料在防弹领域的应用研究

陶瓷-金属复合材料具备高硬度、高强度、高韧性以及低密度的优点,已被广泛应用于防弹领域.介绍了几种陶瓷-金属复合装甲形式及其相应特点,重点论述了陶瓷-金属功能梯度装甲的研究进展,并对其前景和当前的工作重点进行了讨论.     

陶瓷-金属双连续相复合材料的发展现状与未来

陶瓷-金属双连续相复合材料作为一种采用空间连续网络构型设计的复合材料,具有耐摩擦磨损、抗热震性高、热膨胀系数低等特点,具有广阔的应用前景.其中,多孔陶瓷预制体作为双连续相复合材料中的结构增强相,其本征特性对复合材料的整体性能有重要影响.本文系统分析了现阶段在多孔陶瓷的制备方法与表面改性两个领域内的主要进展,并对陶瓷-金...     

Al2O3-5 wt% Al composites by ICP sintering of synthesized precursor

Microstructure developments during the milling of Al₂O₃-5wt% Al composite powder in an attritor and subsequent sintering of the precursor by inductively coupled argon plasma are presented. After 4 h of milling the precursor contained tubular ceramic-metal and uniform ceramic regions. With an increase in the milling period the ceramic-metal regions broke into smaller and almost globular regions, and the smaller regions became dispersed in the ceramic regions. After 8 h of milling the composite powder had a stable microstructure and contained 0.25–0.35 m clusters. The sintered composite was > 99.7% dense and its microstructure consisted of ceramic-metal regions which were dispersed in the matrix of a ceramic region. The sizes of ceramic grains in ceramic-metal regions and the ceramic regions were 0.3–2.2 and 0.8–1.8 m, respectively. Many ceramic grains in ceramic-metal regions were separated by 30–100 nm wide metal layers. The microstructure of the ceramic-metal region showed many features of interpenetrating phase composites. The Knoop and Vickers microhardnesses of the composites at 5–10 N loads were 410–450. Under 10 N loads in Knoop and Vickers microhardness tests the crack length was 11±3 and 3 ± 0.5 m, respectively. The crack propogation mechanisms in the indented areas are discussed.     

Morphology,strength and pre-coating effect in YSZ/Nl bonding

The quality of ceramic-metal bond is strongly influenced by the microstructure of the transition region between the ceramic and the metal. Sandwich-like ceramic-metal-ceramic specimens are fabricated by solid state bonding of 3 mol% yttria doped zirconia ceramic with nickel foils. Time dependence of the shear strength of the bonding assembly is evaluated at 900° C under a bonding pressure of 8.17 MPa. An optimum strength is obtained for the bonding time between 10 and 25 minutes. The shear strength is also measured as the function of the bonding pressure and bonding temperature. The dependence of the processing parameters on the shear strength of the bond assembly is investigated on the basis of the morphological development in the ceramic-metal interface. In addition, the effect of a pre-coated Ni film on the strength of YSZ/Ni bonding is discussed.     

激光制备金属陶瓷复合层技术的现状及展望

本文综述了近年来激光制备金属陶瓷复合层技术的发展状况，比较了各工艺的特点。     

Liquid phase bonding of yttria stabilized zirconia with CaO-TiO2-SiO2 glass

A 36.8 wt% CaO-26.2wt% TiO₂-37.0 wt % SiO₂ glass (CTS) was employed as the ceramic brazer for the bonding of 3 mol% yttria stabilized zirconia (YSZ3). Sandwich-like YSZ3-CTS-YSZ3 specimens were fabricated and temperature dependence of the bonding strength was evaluated. An optimum bonding process was achieved at a bonding temperature of 1424 °C for 30min with CTS glass slurry having a glass/organic ratio of 1.82. The effects of processing parameters on the bending was investigated on the basis of the metallurgical evolution at the interface. In addition, predominating factors affecting the bonding strength were also explored.     

Optimization of Residual Stresses in Laser-Mixed WC(Co,Ni) Coatings

Strength of Materials - A ternary mixture of tungsten carbide (WC), cobalt (Co), and nickel (Ni) powders is prepared to form ceramic-metal composite coatings employed for laser cladding of 40Cr...     

Al及其合金作钎料或中间层连接陶瓷—金属

综述了Ａｌ及其一些合金对陶瓷的润湿性,以及用Ａｌ及其合金连接陶瓷－金属的各种影响因素,阐述了用Ａｌ及其合金连接陶瓷－金属要解决的主要问题是预防连接过程中Ａｌ的氧化和如何提高接头的高温性能。