降低金属-陶瓷场致扩散连接中残余应力的措施

简要介绍了场致扩散连接的机理、特点及应用，指出了残余应力的存在对键合质量的影响。在分析金属一陶瓷场致扩散连接中残余应力产生原因的基础上，给出了降低这些因素影响的具体措施。     

不锈钢-铝蜂窝夹芯板的液相扩散连接

讨论了异种金属连接的中间层介质选择原则,选择了适合连接不锈钢和铝的中间层介质,并进行了钢板和铝蜂窝芯板的液相扩散连接实验．通过分析结合界面结构和测试界面强度,研究了中间层介质的作用,同时讨论了工艺参数对结合界面区组织和扩散连接过程的影响．结果表明,中间层介质具有良好的润湿和铺展性能,能使不锈钢和铝形成牢固的冶金结合．     

W-Cu复合材料与Cu的扩散连接工艺

钨、铜热膨胀系数的过度失配,使得钨、铜的连接在偏滤器上的应用成为难点。本文基于钨铜梯度材料概念对钨、铜进行连接,以高活性Fe-Cu粉为中间层,在还原炉中采用扩散连接的方法对W-Cu复合材料与Cu进行连接,并对连接样品的金相显微形貌、显微硬度、拉伸强度和元素分布进行研究。结果表明,采用添加中间层的方法可以有效改善连接界面,提高连接质量。金相、显微硬度和能谱分析说明W-Cu与Cu连接样品的连接界面处形成了连续、紧密的结合;拉伸实验测得的平均强度为168.55 MPa,接近于Cu基材的强度,进一步证实添加中间层的方法可实现W-Cu与Cu的扩散连接。     

Be/HR-1不锈钢扩散连接界面附近的元素扩散

为了优化热静压扩散连接工艺参数,应用有限元法对Be/HR-1不锈钢扩散连接界面附近铁和铍元素的分布进行了计算机模拟,并通过俄歇电子能谱(AES)进行实验测定。结合计算机模拟结果和实验数据探讨了扩散连接界面附近铁和铍元素的分布、扩散宽度与温度、压力和时间的关系。结果表明:在1050℃/60 MPa/2 h和750℃/60 MPa/2 h热静压下,扩散连接界面附近Be,Fe元素分布的实测数据与计算机模拟结果基本吻合;在60 MPa/2 h热静压下,加热温度分别为1050和750℃时对扩散宽度影响的实测数据与计算机模拟结果基本吻合,1050℃时的扩散宽度是750℃时的2.5倍;在750℃/2 h热静压下,压力分别为30,40,50,60 MPa时对扩散宽度影响的实测数据与计算机模拟结果基本吻合,扩散宽度与压力成抛物线关系;在750℃/60 MPa热静压下,扩散宽度与扩散时间的模拟曲线也成抛物线关系。     

纯铁、铝镇静钢和钛镇静钢的界面特性机理

为了解铝和钛的氧化物在钢中的行为及其夹杂物的去除方法,采用静滴法在1873K及不同氧分压条件下,测定了纯铁、铝镇静钢和钛镇静钢在Al2O3和MgO垫片上的接触角,确认了液滴尺寸与接触角的关系及影响界面张力的因素,并提出了界面行为中线能量的重要性。     

温度对纯铁与低活性铁素体钢扩散连接界面行为的影响

以Fe-50Cu合金粉末为中间层,对纯铁与低活性铁素体钢进行真空压力烧结扩散连接,采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对中间层的显微组织、连接界面的元素分布和拉伸断口形貌进行观察与分析,并对连接件进行抗拉强度测试,研究连接温度对纯铁与低活性铁素体钢烧结扩散连接界面行为的影响。结果表明:在700~800℃温度范围内,随连接温度升高,中间层的孔隙减少、致密度提高;且随连接温度升高,中间层与母材界面的元素互扩散加强,连接界面逐渐模糊,形成较强的冶金结合,从而使连接界面的抗拉强度提高。连接温度为800℃时,连接件的界面抗拉强度达到251.19 MPa,连接强度大于母材纯铁的强度,断裂发生于纯铁中。     

CuW70合金与纯铝的连接特性

采用氩气保护电弧熔焊和钎焊的方式实现对纯铝和CuW70合金的整体连接。利用金相显微镜、XRD、SEM、EDS、显微硬度计和拉压万能试验机等手段研究结合界面的微观组织、相组成、元素分布、力学性能及断口特征。结果表明,利用电弧熔焊和钎焊技术可实现铝材与钨铜假合金的有效连接,2种连接方式在结合界面均形成了锯齿状的过渡区,有元素的互扩散现象,存在Cu_(0.4)W_(0.6),CuAl,Cu_9Al_4和CuAl_2等多种固溶体或化合物,过渡区宽约0.5~0.7mm,两者的结合强度约71~95MPa,与铝的强度极限相当。钎焊在连接界面处表现为准解理脆性断裂,电弧熔焊则在界面连接处有钨颗粒的拔出现象。     

锻造变形对扩散连接TC4钛合金的影响

本文开展了TC4钛合金棒材扩散连接及锻造工艺实验,研究了锻造变形量对扩散连接界面显微组织和力学性能的影响规律。结果表明,采用950℃、140 MPa、4 h的扩散连接工艺,TC4钛合金连接界面实现了冶金结合,合金强度达到母材强度的95%以上,延伸率为7%,合金在扩散区发生脆性断裂。扩散连接的TC4钛合金经过高温锻造后,扩散连接界面完全消失,显微组织由等轴α相、次生α相与少量的β相组成;随着锻造变形量的增加,等轴α相的尺寸逐渐降低、次生α相体积分数增大,合金强度呈现升高趋势;当变形量为40%时,等轴α相和次生α相含量达到较优匹配度,抗拉强度达到950 MPa,延伸率达到17.5%,锻造后合金的断裂方式转变为韧性断裂。     

FGH96合金固相扩散连接界面组织与失效机制

对原始状态分别为锻态、固溶态和半时效态的FGH96合金固相扩散连接界面显微组织进行表征,并对连接界面的拉伸性能进行测试,对失效行为进行研究。结果表明,锻态、固溶态和半时效态试样经固相扩散连接后界面均实现了良好的冶金结合,连接界面无孔洞和缝隙等缺陷。锻态试样界面扩散更为充分,组织过渡更为平缓;固溶态和半时效态试样界面存在明显的连接影响区。锻态试样经固相扩散连接和标准热处理后,二次γ?相细小、均匀且呈典型椭球状;固溶态和半时效态试样因固相扩散连接热循环的作用导致γ?相发生长大和分化。二次γ?相尺寸及形貌的不同决定了界面区域性能水平的差异。电子背散射衍射测试结果表明,连接界面处大晶粒的择优取向为{100},距离固相扩散连接界面越近,晶粒的择优取向越明显。拉伸试验结果表明,锻态试样经固相扩散连接和标准热处理后,连接界面处的强度达到基体强度的99%以上。拉伸裂纹主要萌生于连接界面大晶粒及γ?相粗化聚集区域,体现为穿晶的韧窝型断裂。     

Ti-22Al-25Nb合金扩散连接工艺及连接机制研究

针对Ti-22Al-25Nb合金(Ti₂AlNb合金)板材在温度为950～980℃、气压为2.0～3.5 MPa、时间为2～3 h下的真空扩散连接工艺及机制进行了研究。结果表明:影响Ti₂AlNb合金扩散连接焊合率的最主要因素为表面粗糙度(Ra),当Ra小于0.2μm时,焊合率可在950℃,2.0 MPa下达到90%以上。揭示了Ti₂AlNb合金扩散连接机制,通过采用单相区扩散连接对比试验和静态热处理试验,认为固溶温度下的扩散连接主要在压应力作用下,B2相和B2相的扩散连接是通过冷却析出的等轴O相颗粒实现焊缝连接;低于固溶温度扩散连接,O相与O相之间的连接通过大角度晶界转变为小角度晶界和晶界移动实现连接,而B2相与O相则通过应力诱发相变生成的B2相实现连接。     

玻璃与铝共阳极连接工艺研究及界面机理分析

研究了铝与玻璃的阳极连接方法,采用公共阳极法和直流电源实现了玻璃/铝/玻璃的多层连接,这为多层晶片的连接以及复杂微电子装置的没计提供方法和理论基础.通过SEM、EDS和GD-OES分析手段分析了玻璃/铝的结合界面.采用instron-5544万能材料试验机进行拉伸实验发现断裂发生在玻璃基体中,这表明界面的结合强度高于玻璃基体的强度,SEM断口形貌分析表明断裂界面呈贝壳状的解理断面,说明运用公共阳极可以实现多层晶片的良好键合.实验表明在温度为350℃ ～ 450℃,电压在为400～ 800V时,玻璃-铝-玻璃的键合质量较高.     

金属材料累积叠轧焊界面的结合特性

 金属材料的界面结合特性是累积叠轧焊技术的关键,在多功能强力热轧机上利用ARB工艺分别对Q235钢和L2纯铝进行了累积叠轧焊自身界面结合特性的试验研究。重点研究了累积叠轧焊材料的界面结合特性,界面结合强度,界面断裂特性,材料组织状态对界面结合的影响。研究结果表明：材料的界面结合性能不仅与首次压下量、变形温度有关,而且,在再结晶温度以下,累积叠轧次数与首次临界变形量共同决定了材料的显微结构,从而决定了材料的界面结合特性,当累积次数超过2次时,材料的界面结合接近基体强度。     

电解铝炭渣的特性及流化床回收研究

通过对电解铝炭渣进行化学分析及差热分析,结合XRD及氧化反应试验,分析了电解铝炭渣中成分及其反应规律。结果表明,在565~725℃利用流态化燃烧技术可以回收电解铝炭渣中的电解质。     

铝电解槽熔体涡运动对界面变形影响仿真研究

维持较小的铝电解槽内铝液—电解质界面变形对控制极距（ACD）进而降低电解能耗具有重要的意义。以某300 kA预焙阳极铝电解槽为例,采用有限元分析软件ANSYS和计算流体力学软件CFX进行了电磁流场仿真,解析得到铝液—电解质的界面变形和熔体涡结构分布情况。研究发现,界面在涡结构的内部区域下凹而在涡外部边缘则向上隆起,相邻大涡连接区域的界面隆起高度较大;提高槽内水平电磁力分布的对称性可使熔体涡运动更为均匀,也是减小界面波动并维持规则的界面变形的有效途径。     

SiO2/Ta界面反应及其对Cu扩散的影响

利用磁控溅射方法在表面有SiO₂层的Si基片上溅射Ta薄膜,采用X射线光电子能谱研究了SiO₂/Ta界面以及Ta₅Si₃标准样品,并进行计算机谱图拟合分析.实验结果表明在制备态下在SiO₂/Ta界面处有更稳定的化合物新相Ta₅Si₃和Ta₂O₅生成.在采用Ta作阻挡层的ULSI铜互连结构中这些反应产物可能有利于对Cu扩散的阻挡.     

结晶器中渣钢界面反应机理的研究

通过试验,验证了结晶器中渣钢界面反应的存在和类型,阐述了界面反应所产生的不良后果,并根据反应类型提出了解决的具体措施和建议.     

钼与石墨扩散焊接的界面反应分析

以厚度≤1 mm的Cr,Ni混合粉做中间层,在焊接温度为1650℃,真空度(3.0～4.0)×10-2 Pa,保温时间1～2 h,加压0.1 MPa条件下对钼和石墨进行扩散焊接。通过扫描电子显微镜观察焊接试样接口组织形貌,用其附带的能谱仪进行化学成分分析,用X射线衍射仪进行物相分析。并分析焊接过程中的界面反应,认为实验条件下的焊接过程与瞬间液相扩散焊(TLP)焊接机制相一致,包括中间层的熔化(或溶解)、母材溶解和迁移、等温凝固、固相成分均匀化4种相变过程,靠近母材部分界面反应遵循快速通道扩散机制,整个焊接层组元浓度梯度与薄膜源扩散模型相一致。中间层与母材元素反应形成的最终产物包括Cr3C2,Cr7C3及Mo2C等Ni以单质形式弥散其中,最终形成不同成分粒状组织,一定程度上阻止了脆性相中的裂纹扩展。石墨基体中也明显有含合金元素的新相生成,有利于实现基体与中间层的连接。     

开槽阳极对铝电解气液两相流及气泡分布特性影响的数值模拟

基于计算流体动力学原理,建立了全尺度三阳极铝电解槽内气液两相流三维CFD-PBM耦合计算模型,采用Grace曳力系数模型和Simonin湍流扩散力模型分别计算气液相间曳力和湍流扩散力,研究和讨论了开槽阳极对阳极底掌区域内气液两相流体流动及气泡分布特性的影响。结果表明,电解质流场预测结果与文献测试结果吻合良好;对阳极进行开槽可明显加快气泡的逸出方式,从而改变电解质流场和气体体积分数分布;长度方向开槽可明显降低气体体积分数和减小气泡索特平均直径。     

影响电工圆铝杆电性能的原因及解决措施

通过大量工艺探索，分析了电工圆铝杆电阻率超标的原因，并提出合理的硼化工艺，有效解决了电阻率超标问题。