一种钎焊Si3N4陶瓷的高温非晶钎料

此发明属于钎焊材料技术领域。涉及一种钎焊Si3N4陶瓷的高温非晶钎料,更具体地说是涉及一种Ti-ZrCu-B高温活性非晶钎料。     

一种钎焊Si3N4陶瓷的高温非晶钎料

(专利申请号:201010167495.9,专利公开号:CN101823188A)1技术领域此发明属于钎焊材料技术领域。涉及一种钎焊Si3N4陶瓷的高温非晶钎料,更具体地说是涉及一种Ti-Zr-Cu-B高温活性非晶钎料。2背景技术Si3N4陶瓷是一种很有前途的工程结构陶瓷材料,     

Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料钎焊Si3N4陶瓷的连接强度

采用Ti40Zr25Ni15Cu20非晶钎料钎焊Si3N4陶瓷,研究钎焊工艺参数对界面反应层和接头连接强度的影响。结果表明:随着钎焊时间的增加和钎焊温度的提高,接头弯曲强度都表现出先上升后下降的趋势;钎焊工艺参数对连接强度的影响主要是由于影响反应层厚度所致;在相同钎焊工艺条件下,采用Ti40Zr25Ni15Cu20非晶态钎料和晶态钎料相比,其接头连接强度提高了84%。     

Cu-Ni-Ti合金钎料对Si_3N_4陶瓷的润湿与连接

采用座滴法研究了Ｃ４－Ｎｉ－（２７—５６）Ｔｉ合金（原子分数,％,下刚在Ｓｉ３Ｎ４陶瓷上的润湿行为选用真空熔炼合金Ｃｕ３８Ｎｉ３０Ｔｉ３２和Ｃｕ３４Ｎｉ２７Ｔｉ３９作为钎料时,获得的Ｓｉ３Ｎ／Ｓｉ３Ｎ４接头的强度不理想在降低钎料含Ｔｉ量的同时适当降低含Ｎｉ量,重新设计了两种Ｃｕ－Ｎｉ－Ｔｉ（Ｓｉ,Ｂ）合金钎料,并采用膏状形式改善针料成分的均匀性,在１３５３Ｋ,１０ｍｉｎ的针焊条件下获得的Ｓｉ３Ｎ４／Ｓｉ３Ｎ４接头最高三点弯曲强度分别提高至３３８．８和２０６９ＭＰａ,并对Ｓｉ３Ｎ４／Ｓｉ３Ｎ。接头的界面反应进行了分析     

Cu-Ni-Ti非晶钎料钎焊Si3N4陶瓷的界面结构及连接强度

采用Cu-Ni-Ti非晶钎料钎焊Si3N4陶瓷,利用SEM、EDS等分析手段研究了其钎焊界面的微观结构.结果表明:反应层由两部分组成,其中紧靠Si3N4陶瓷的反应层Ⅰ由TiN化合物组成,Ti-Si化合物构成了反应层Ⅱ.在1100℃×10 min下钎焊时,其接头强度有最大值284.6 MPa.在相同的钎焊工艺条件下,非晶钎料接头强度高于同成分晶态钎料.     

Cu-P基非晶钎料钎焊机理

采用CuP7．7Sn5．4Nil4Si0．2Zr0．04晶态与非晶钎料钎焊紫铜,通过微观手段对比分析了钎焊温度和保温时间对晶态与非晶态钎料钎焊接头成分和组织的影响．结果表明,CuP7．7Sn5．4Nil4Si0．2Zr0．04非晶钎料钎焊接头由界面区、扩散区以及钎缝中心区组成;随钎焊温度提高或保温时间增加,晶态钎料和非...     

Si_3N_4陶瓷的烧结及其显微结构

本文主要研究了Si3N4-MgO-CeO2系陶瓷的常压烧结及其显微结构。MgO和CeO2的组合是Si3N4陶瓷的有效烧结助剂。常压烧结Si3N4-MgO-CeO2陶瓷,最佳成分为Si3N4+5%MgO+5%CeO2,在1800℃保温60min烧结后,其最大相对密度为98.5%,抗弯强度为950MPa。利用XRD、TEM和EDAX分析,确定了烧结Si3N4-MgO-CeO2系陶瓷中玻璃相的主要成分为铈硅酸盐,几乎不含MgO。     

Si_3N_4/钢的几种钎接工艺比较

实验比较和分析了几种Si3N4/钢钎接工艺的特点。表明,含Ti活性钎料适用于Si3N4/钢的直接钎焊;合适的应力缓和层的选择以及套封结构的使用均能明显提高钎接接头强度。     

基于含In银基钎料连接Si_3N_4陶瓷/不锈钢的性能及组织分析

采用Ag-Cu-In-Ti钎料连接Si_3N_4陶瓷和3D打印316L不锈钢,研究了Si_3N_4陶瓷/Ag-Cu-In-Ti/Cu/Ag-Cu-In-Ti/316L不锈钢接头界面组织结构。随着钎焊温度的升高,钎焊中间层Cu箔不断被消耗,陶瓷侧和316L不锈钢侧的反应层厚度增加,钎料扩散加剧,钎焊接头的室温4点抗弯强度先增加后降低;随着钎焊中间层Cu箔厚度从0增加到200μm,钎焊接头连接更为紧密,接头处的裂纹消失,钎焊接头4点抗弯强度显著提升。随着钎焊保温时间的增加,钎焊接头4点抗弯强度先提高后降低,最优的钎焊工艺参数为加热温度800℃,保温时间10 min,中间层Cu箔的厚度为200μm。     

Si_3N_4陶瓷/304不锈钢钎焊接头残余应力数值模拟

采用ANSYS有限元分析软件,通过建立三维非线性有限元模型,结合材料相关物理性能参数随温度的变化,分别对1 223 K下采用Ti40Zr25B0.2Cu非晶钎料钎焊Si_3N_4陶瓷/304不锈钢接头添加应力缓冲层和未添加应力缓冲层时冷却到室温过程中的应力分布进行数值模拟。试验结果表明:无应力缓冲层的Si_3N_4陶瓷/Ti40Zr25B0.2Cu钎料/304不锈钢钎焊接头最大拉应力位于距离钎缝约0.7 mm的陶瓷棱角处,拉应力最大值为708 MPa,外力作用下裂纹极易由此萌生并扩展;添加应力缓冲层后接头最大拉应力存在于距钎缝约0.7 mm的陶瓷棱角处,添加Cu箔中间层时接头的轴向拉应力明显减小,轴向最大拉应力降至393 MPa,应力缓冲层Cu的添加有利于降低Si_3N_4陶瓷/304不锈钢钎焊接头应力,提高接头力学性能。     

Ag-Cu钎料钎焊ZTA陶瓷与TC4钛合金

使用Ag-Cu钎料钎焊ZTA陶瓷与TC4钛合金,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等设备分析了钎焊接头界面组织,阐明了反应机理,并研究了钎焊温度对接头界面组织和力学性能的影响. 结果表明,钎焊接头的界面结构为ZTA陶瓷/TiO+Ti₃(Cu,Al)₃O/Ag(s,s)/Ti₂Cu₃/TiCu/Ti₂Cu/α+β-Ti/TC4合金. 随着钎焊温度的升高,钎缝中Ag基固溶体层变薄,Ti-Cu金属间化合物层变厚,当钎焊温度达到890 ℃时,Ti-Cu金属间化合物几乎占据整了个钎缝区域. 随着温度的升高,接头抗剪强度先增大后减小,在钎焊温度为890 ℃时,接头的室温抗剪强度达到最大值,其值为43.2 MPa.     

反烧结Si_3N_4复合陶瓷力学性能研究

以TiSi2、SiC和Mo粉为原料,通过反应烧结方法制备Si3N4基陶瓷,并测试其力学性能。结果表明:随着SiC含量的增加,复合陶瓷的硬度和抗弯曲强度先升高然后下降,当SiC含量为40wt%时,复合陶瓷的硬度和抗弯曲强度达到最大值,分别为HRA71和288MPa;随着Mo含量的增加,Si3N4-TiN-MoSi2-SiC复合陶瓷的硬度逐渐提高,而室温抗弯强度则是先增加后减小,当Mo含量为10wt%时,Si3N4-TiN-MoSi2-SiC复合陶瓷的抗弯强度达到最大值,为321MPa。此外随着热震次数的增加,两种复合陶瓷的弯曲强度均下降,在相同的循环次数下,Si3N4-TiN-SiC-MoSi2陶瓷的热震性能优于Si3N4-TiN-SiC陶瓷。     

溅射Al对Si_3N_4润湿性的改善与钎焊

采用溅射Al和Al-Ni薄膜作为钎料的方法,研究了溅射Al对Si_3N_4的润湿作用,实现了铝基薄膜钎料对Si——3N_4陶瓷的直接钎焊。结果表明,Al直接溅射在Si_3N_4表面所获得的各钎焊接头钎缝致密饱满,与陶瓷形成无反应过渡层的良好冶金结合,纯Al钎焊接头的剪切强度为106 MPa,Al-1.0%Ni亚共晶钎焊接头的强度提高到148 MPa,Al-3.0%Ni接头的强度因钎缝形成共晶组织而略有降低,为132 MPa,这些接头的剪切断裂均产生于钎缝之中。采用首先溅射Ni薄膜作为底层的Al-1.0%Ni薄膜钎料进行了对比,这种钎料得到的钎焊接头断裂产生于钎缝与陶瓷的界面,强度也仅为81 MPa。这表明,高能量溅射Al粒子直接撞击对Si_3N_4具有"润湿"作用,使得Al和Al-Ni合金薄膜熔化后即可实现对Si3N4的钎焊。     

用非晶钎料加中间层连接Si3N4陶瓷的试验

采用TiZrCuB非晶钎料并用Cu箔为中间层连接Si3N4陶瓷,研究了钎料成分、钎焊工艺和中间层厚度等对接头室温和高温强度的影响.结果表明:采用Ti40Zr25CuB0.2非晶钎料和70μm厚的Cu箔中间层,在1 323 K,30 min及0.027 MPa压力下钎焊连接Si3N4陶瓷,其接头在室温下的四点抗弯强度最高...     

Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料在Si3N4陶瓷上的润湿性研究

针对Si3N4陶瓷的高温活性钎焊要求,设计了高温Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料成分,并采用单辊急冷法成功制备了Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料.对比分析了相同成分的Ti-Zr-Ni-Cu非晶和晶态钎料在Si3N4陶瓷表面的润湿情况.结果表明:在低真空条件下,晶态钎料能够润湿Si3N4陶瓷,非晶钎料却因完全氧化而失效.在5×10-3Pa高真空条件下,非晶钎料的润湿性优于晶态钎料,在研究的Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料中,Ti40Zr25Ni15Cu20非晶钎料对Si3N4陶瓷的润湿性最佳.     

Invar合金与Si_3N_4陶瓷钎焊接头界面组织和性能研究

采用Ag Cu Ti活性钎料对Invar合金和Si3N4陶瓷进行钎焊连接,研究了接头界面组织及其形成机制,分析了钎焊工艺参数对接头界面结构和性能的影响。结果表明,钎焊过程中液态钎料中的活性元素Ti与Si3N4陶瓷发生反应,在陶瓷界面形成致密的Ti N和Ti5Si3反应层;同时,Invar合金向液态钎料中溶解,与活性元素Ti反应生成脆性的Fe2Ti和Ni3Ti化合物。钎焊温度和保温时间影响Si3N4陶瓷界面反应层的厚度以及接头中Fe2Ti和Ni3Ti脆性化合物的形成量和分布,这两方面共同决定着接头的抗剪强度。当钎焊温度为870℃,保温15 min时,接头的平均抗剪强度最大值达到92.8 MPa,此时接头的断裂形式呈现沿Si3N4陶瓷基体和界面反应层的复合断裂模式。     

非晶Cu-Ni-Sn-P钎料钎焊紫铜气孔敏感性研究

采用Cu-Ni-Sn-P四元合金非晶薄带钎料真空钎焊紫铜,通过金相、电子探针以及X射线衍射分析对钎缝组织中气孔形成机理及敏感性进行了研究.结果表明,钎焊中气孔的形成主要是由于P元素的汽化产生,从空位理论和原子振动分析得出非晶钎料中气孔敏感主要是由非晶钎料元素的活跃度较大所致.     

金刚石砂轮磨削Si_3N_4陶瓷的磨损特性

本文采用单颗粒磨削试验法分析了不同品级金刚石磨削反应烧结热等静压Si_3N_4陶瓷的磨损特性,测量了四种金刚石砂轮在一定磨削条件下磨削Si_3N_4陶瓷的磨耗比,探讨了金刚石砂轮的结合剂、磨料品级和粒度对砂轮磨损性能的影响。研究结果表明,金刚石砂轮的结合强度、磨料品级和粒度对砂轮的磨损性能有不同程度的影响,其中结合强度的影响最为显著。磨削Si_3N_4陶瓷时,选用青铜结合剂、JR_3级和较细粒度的金刚石砂轮有利于提高加工效率,降低砂轮的消耗。     

燃烧合成大尺寸Si_3N_4陶瓷的研究

研究了大尺寸Ｓｉ粉坯在高压氮气中的燃烧行为，通过调整工艺参数，获得了完全氮化的Ｓｉ３Ｎ４陶瓷多孔坯体。研究表明，“后燃烧氮化”是大尺寸试样中部得以氮化完全的主要原因，并提出了燃烧合成Ｓｉ３Ｎ４的燃烧波区结构模型。     

Si_3N_4-ZrO_2复合陶瓷的断裂行为

ZrO_2增韧的复合陶瓷,由于强度和韧性均得到改善,近年来引起科学和技术界的广泛重视,但其增韧机理还有待进一步研究,当ZrO_2以单斜相弥散于基体中时,其主要增韧机理是微裂纹增韧;然而,当ZrO_2以四方相弥散