Characterization of Al/Ni Nanoscale Multilayer Used for Transient-Liquid-Phase Bonding of Copper and Al2O3 Ceramic

研究制备系列具有不同调制周期的Al-Ni多层膜,并将其应用于铜与氧化铝陶瓷件的TLP(transient-liquid-phase,瞬间液相)连接。分别对制备的系列多层膜及金属陶瓷接头微观组织进行表征,同时采用DSC及XRD对反应多层膜反应特性进行研究。研究结果表明,采用Al/Ni微纳尺度多层膜不仅可降低铜与氧化铝连接温度,并能提高焊接接头质量。     

结构视角下AlNi微纳多层膜自蔓延焊接金刚石-铜的影响研究(英文)

研究涉及新型金刚石热沉与LED芯片铜组件的高导热连接问题。制备和分析了Al Ni微纳多层膜,并将其应用于金刚石和铜组件进行自蔓延连接。热分析和显微组织观察结果表明双金属层(Al/Ni多层膜结构中Al层和Ni层交替一次的双层厚度)显著影响自蔓延反应放热,同时对稳定和控制焊接工艺有重要作用;进而讨论了钒元素添加和电磁致导磁效应与微纳多层膜结构和双金属层的关系;最终接头质量检测表明,微纳多层膜自蔓延法焊接的接头质量优于现用银胶连接。     

Structural View Study on Diamond and Copper Bonding with AlNi Micro/nano Multilayers

研究涉及新型金刚石热沉与LED芯片铜组件的高导热连接问题。制备和分析了Al Ni微纳多层膜,并将其应用于金刚石和铜组件进行自蔓延连接。热分析和显微组织观察结果表明双金属层(Al/Ni多层膜结构中Al层和Ni层交替一次的双层厚度)显著影响自蔓延反应放热,同时对稳定和控制焊接工艺有重要作用;进而讨论了钒元素添加和电磁致导磁效应与微纳多层膜结构和双金属层的关系;最终接头质量检测表明,微纳多层膜自蔓延法焊接的接头质量优于现用银胶连接。     

基于银合金先导润湿的铜磷钎料钎焊钢分析

基于低熔点合金先导润湿的原理,设计制备了一种表面覆盖低熔点银合金层的新型铜磷焊片.采用该焊片钎焊45碳钢,分析了界面反应机理及钎焊接头性能,并和使用普通铜磷焊片钎焊的碳钢接头进行了对比.结果表明,表面覆盖的低熔点银合金早于铜磷合金熔化润湿碳钢基体,并形成反应层,铜磷钎料熔化后与银合金层反应熔合,冷却后形成良好的冶金连接;与使用铜磷钎料直接钎焊的接头相比,银合金先导润湿钎焊的铜磷/碳钢界面化合物层厚度明显减小,抗剪强度超过160 MPa,断裂发生在靠近连接界面的钎焊材料内部,接头强韧性显著改善.     

基于银合金先导润湿的铜磷钎料钎焊钢

基于低熔点合金先导润湿的原理,设计制备了一种表面覆盖低熔点银合金层的新型铜磷焊片.采用该焊片钎焊45碳钢,分析了界面反应机理及钎焊接头性能,并和使用普通铜磷焊片钎焊的碳钢接头进行了对比.结果表明,表面覆盖的低熔点银合金早于铜磷合金熔化润湿碳钢基体,并形成反应层,铜磷钎料熔化后与银合金层反应熔合,冷却后形成良好的冶金连接;与使用铜磷钎料直接钎焊的接头相比,银合金先导润湿钎焊的铜磷/碳钢界面化合物层厚度明显减小,抗剪强度超过160 MPa,断裂发生在靠近连接界面的钎焊材料内部,接头强韧性显著改善.     

氧化铝陶瓷与不锈钢扩散连接研究

先在氧化铝陶瓷表面用真空蒸发镀膜的方法镀一层镍膜，再以纯镍粉为中间层材料，实现了氧化铝陶瓷与AISI201不锈钢的扩散连接。对连接接头进行了抗剪强度测试和微观形貌及相结构分析。结果表明：在连接温度900℃，保温时间2h，连接压强30kPa的条件下接头剪切强度最高可达20．7MPa；扩散连接过程中生成了A1Ni金属间化合物。     

表面毛化不锈钢与纯铝的真空扩散连接

采用冷金属过渡技术(CMT)对不锈钢表面进行毛化,在其表面制备高度为3 mm、分布密度为9个/cm2的毛刺,毛刺中心横向及纵向间距均为3 mm. 研究其与纯铝进行真空扩散连接接头的界面组织和性能,分析不同保温时间对接头组织和性能的变化规律. 结果表明,在扩散连接温度为600 ℃,保温时间为60 min,压力为3 MPa的工艺条件下,表面毛刺刺入铝母材内部,使得表面氧化膜有效去除,接头形成连续的Fe₂Al₅+FeAl₃界面反应层,相比不锈钢与纯铝的直接真空扩散连接,接头拉剪强度显著提高. 此外,在扩散连接温度一定时,随保温时间的增加,反应层厚度增加,接头拉剪强度呈现先增大后减小的变化趋势.     

碳化硅复合材料与碳钢钎焊接头的抗剪强度及微观结构

采用磁控溅射镀膜技术对碳/碳化硅复合材料(C/SiC)表面进行镀Ti金属化,以AgCu₂₈为钎料,无氧铜为中间层与碳钢进行钎焊连接. 研究无氧铜中间层、Ti膜厚度和钎焊温度对接头组织形貌和力学性能的影响. 结果表明,采用无氧铜中间层可有效降低接头的残余应力,提高接头强度,并阻挡C/SiC复合材料中的Si元素在钎焊过程中扩散至碳钢侧,防止了碳钢界面FeSi_x恶性反应层的形成. 在试验范围内,钛膜厚度和钎焊温度与接头抗剪强度之间均存在峰值关系. 860 ℃,3 μm Ti膜接头平均抗剪强度最高,达到25.5 MPa. 由剪切试样碳钢侧断口,可观察到大量平行断口方向的碳纤维和碳纤维脱粘坑. 断裂发生在C/SiC复合材料内部距界面约300 μm处. C/SiC界面反应产物以Ti₅Si₃为主,含少量TiC. 钎缝中有TiCuSi相生成.     

钎焊及其设备

CVD金刚石膜的钎焊界面反应层及显微结构；铝锂合金钎焊接头断口组织与性能；Sn-3Ag／Cu接头在钎焊和时效中IMC的生长和晶体取向分析；铜-铝合金（PU散热器钎焊技术研究；碳化硅质焊料连接氮化硅／碳化硅陶瓷的性能研究.     

钛合金/不锈钢冷金属过渡焊接头组织及性能

采用铜基填充金属对TC4钛合金、304不锈钢进行冷金属过渡焊接,分析了钛合金/不锈钢接头的界面组织、力学性能及腐蚀性能. 结果表明,采用冷金属过渡连接方法实现了TC4钛合金和304不锈钢的焊接. 钛合金/不锈钢接头主要由焊缝金属、不锈钢-铜焊缝界面和钛合金-铜焊缝界面组成. 钛合金/不锈钢接头的拉剪强度为306 MPa. 由于钛合金-铜焊缝界面中Ti-Cu,Ti-Fe金属间化合物的生成,接头沿钛合金-铜焊缝界面反应层发生脆性断裂. 钛合金/不锈钢接头在人工海水溶液中发生了电偶腐蚀,其腐蚀机理为阴极区发生氧的还原反应和析氢反应,阳极发生焊缝金属的氧化,钛合金母材表面TiO₂氧化膜的形成,不锈钢母材发生点蚀.     

退火热处理对氧化铝表面铜膜微观形貌和性能的影响

以氧化铝为基底,利用磁控溅射镀膜设备在其表面制备铜膜,研究退火热处理工艺对铜膜微观形貌和性能的影响。结果表明,退火热处理对氧化铝铜膜的表面粗糙度、电阻率和膜基结合力均有明显影响。退火热处理后,氧化铝铜膜的表面粗糙度明显增加。     

TiCp/Ag-Cu-Ti复合钎料膜制备及其在SiC陶瓷连接上的应用

采用通用型流变仪研究分散剂种类及含量、粘结剂含量和浆料固含量对浆料流变性的影响;采用SEM、EDS研究SiC接头的微观结构和相组成,探讨影响抗弯强度的因素。结果表明,分散剂蓖麻油磷酸酯的质量分数为5%、粘结剂PVB的质量分数为2.6%及固含量的体积分数为26%时,浆料流变性良好,复合钎料膜韧性好,增强体分布均匀。以此膜连接SiC陶瓷接头的微观结构结果表明,连接界面致密无缺陷,界面反应层厚度为0.9~1.5μm,增强体TiC均匀分散金属钎料基体中,与金属钎料无化学反应;TiC加入可提高连接部件的抗弯强度,而抗弯强度与反应层厚度关系密切,SiC连接部件最高抗弯强度为92 MPa,而此时的反应层厚度为1.5μm。     

纳米多孔氧化铝膜的制备与结构表征

采用二次阳极氧化法,以草酸为电解液,制备纳米多孔氧化铝膜。利用扫描电镜、原子力显微镜和X射线衍射仪对氧化铝薄膜的微观形貌和相组成进行了表征,研究了二次阳极氧化法制备纳米多孔氧化铝膜的过程和成膜机理。结果表明:二次阳极氧化制备的纳米多孔氧化铝膜为非定型态,所得孔洞排列规则且分布均匀,平均孔径约为29 nm,孔密度为1.74×1010个/cm2。纳米多孔氧化铝膜的形成经历了阻挡层形成、微孔层形成和多孔层形成与长大等阶段。     

Cf/SiC复合材料与钛合金(Ti-Zr-Cu-Ni)+W复合-扩散连接

采用(Ti-Zr-Cu-Ni)+W复合钎料作为连接层,在连接温度930℃,保温时间5min的工艺参数下真空钎焊Cf/SiC复合材料与钛合金.利用SEM,EDS和XRD分析接头微观组织结构,利用剪切试验测试接头力学性能.结果表明,钎焊时复合钎料中的钛、锆与C/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面生成Ti3SiC2,Ti5Si3和少量TiC(ZrC)化合物的混合反应层,连接层的铜、镍与钛合金中的钛发生相互扩散,在连接层与钛合金界面形成Ti-Cu化合物过渡层.对钎焊接头进行900℃,保温60 min扩散处理后,连接层组织达到均一化,母材TC4合金侧过渡层增厚.扩散处理后接头强度为99 MPa,较钎焊接头强度65 MPa提高了52％.     

异种钛合金线性摩擦焊接头包埋渗铝研究

采用包埋渗铝的方法对异种钛合金线性摩擦焊接头制备渗铝层，以提高接头的腐蚀性能。分析焊接接头渗铝层的形貌及组成，研究渗铝层对热腐蚀性能的作用和影响，并优化了渗铝工艺。研究结果表明：包埋渗铝有利于提高接头的热腐蚀性能，渗铝后腐蚀增重降低，腐蚀稳定性提高，其原因是渗铝前后腐蚀反应发生了改变.在高温熔盐环境下，接头直接与腐蚀介质发生反应，因钛合金中铝含量较少，无法在表面形成致密的氧化膜，而渗铝接头表面与氧反应生成的致密氧化铝膜阻隔了熔盐和氧气向接头内部侵蚀；渗铝接头热腐蚀100h后的腐蚀增重为0.926mg/cm²，远小于未渗铝时的12.478mg/cm²。渗铝层由金属间化合物TiAl₃组成，渗铝层的厚度不一致，TC17侧较TA15侧厚，在焊缝近域缓慢过渡。渗铝层的厚度随着保温温度升高呈先升后降趋势，随着保温时间延长呈递增趋势，综合考虑可得到最佳渗铝温度范围在850～950℃之间，而最佳渗铝时间范围在3～5h之间。     

制备纳米材料的多孔型氧化铝膜板的阳极氧化工艺研究

多孔型阳极氧化铝膜是制备纳米材料的理想模板。以草酸为电解液研究了高纯铝的阳极氧化工艺,采用扫描电镜对多孔型阳极氧化铝膜的表面及断面形貌进行表征。讨论了阳极氧化电压和电解液温度对多孔阳极氧化铝膜的孔径及孔密度的影响。对氧化膜厚度的测定结果表明,当氧化时间为7 h时,氧化膜厚度达到最大值36μm。     

铝铜接头的扩散焊连接研究现状

铝铜连接接头在电子、能源动力、交通等领域中的应用越来越广泛,铝铜的高质量连接是充分利用铝与铜各自的优异性能的前提,因而已成为焊接领域的研究热点。由于铝和铜两种材料熔点差值大、线膨胀系数差异大,铝在加热时易形成氧化膜难以去除,并且铝铜之间极易生成复杂的脆性金属间化合物,严重影响接头力学性能及导电性,导致实现铝铜之间的可靠连接成为焊接领域的研究难点。扩散焊接技术是一种解决铝铜高质量连接的可行方式。文章对铝/铜接头的扩散焊连接技术的现状进行了综述,介绍了铝/铜扩散焊接的材料、前处理过程、中间层的选择、连接工艺(温度、压力、真空度)及性能测试的项目、设备和方法。     

氧化铝陶瓷基板化学镀铜工艺优化

目的化学镀铜是氧化铝陶瓷基板金属化的一种重要手段,为了进一步优化氧化铝陶瓷基板化学镀铜工艺,研究了化学镀铜液配比(尤其是镀液中铜离子和甲醛含量)对氧化铝陶瓷覆铜板微结构和导电性的影响。方法在对氧化铝陶瓷基板经过前期处理后,采用化学镀铜法在基板上镀铜。采用X射线衍射仪、光学显微镜对氧化铝基板上的化学镀铜层物相和形貌进行观察。采用覆层测厚仪、四探针测试仪对化学铜镀层的膜厚和方阻进行测量。结果 XRD结果表明,不同配比镀液得到的化学镀铜层均具有较好的晶化程度,镀液中甲醛和铜含量较低的镀液可制备出晶粒更为细小的化学镀铜层。甲醛和铜离子含量均较高时,沉积速度过快,使镀铜层的均匀性和致密性不佳。但当甲醛含量较高、铜离子含量较低时,沉积速度适中,从而获得了均匀性和致密性较好的镀铜层,同时这种镀层具有良好的导电性。结论采用表面活性化学镀铜工艺,当镀液中甲醛浓度为0.25 mol/L和硫酸铜质量浓度为1.2 g/L时,无需高温热处理,即获得了均匀性和致密性俱佳的铜镀层,可满足覆铜板的使用要求。     

保温时间对钛-铜扩散连接接头界面组织的影响

在850℃、10 MPa压力下对纯钛和纯铜进行了扩散连接。采用扫描电镜对不同连接时间下接头界面微观组织进行了表征,以研究连接时间对连接界面组织的影响。实验结果表明,当连接时间为30 s时,在钛/铜界面上存在没有完全闭合的微观孔洞,无扩散反应层生成。当连接时间增加到60 s,在接头界面生成了βTi,Ti2Cu,Ti Cu和Ti3Cu4等金属间化合物相,反应层总厚度约2μm。当连接时间增加到90 s,在接头界面产生了βTi,Ti2Cu,Ti Cu,Ti3Cu4,Ti2Cu3和Cu4Ti等金属间化合物,反应层厚度增加约5μm。这说明随着连接时间的增加,由于钛/铜之间互扩散的加剧,反应层不断变厚。     

反应性纳米多层膜的机理研究及其应用

介绍了反应性纳米多层膜常用体系、燃烧反应机理及性能,并综述了其在异种金属连接、金属与非金属连接、电子封装以及其他方面的应用。得出以下结论:随着对微观反应机制研究的深入,分子动力学模拟方法和原位动态电子显微技术成为研究反应性纳米多层膜微观反应机制的两种必备技术;从自蔓延反应辅助软钎焊到直接作为钎料应用于瞬间液相扩散连接,反应性纳米多层膜的应用领域逐渐扩大,并有向非连接应用方向发展的趋势。