Ti40Zr25Ni15Cu20非晶钎料钎焊Si3N4陶瓷的界面结构及强度

采用Ti40Zr25Ni15Cu20非晶钎料进行了Si3N4陶瓷真空钎焊连接,利用SEM、EDX等微观分析手段,研究了钎焊界面的微观结构,得出界面反应层有两部分组成,接头界面微观结构为Si3N4/TiN/Ti-Si,Zr-Si化合物/钎缝中心;在相同钎焊工艺条件下,研究对比了晶态和非晶态钎料钎焊接头的强度,发现非晶态钎料钎焊的接头强度大大超过用晶态钎料钎焊的接头.     

用非晶钎料加铜层连接Si3N4的界面结构与强度

采用TiZrCuB非晶钎料和铜箔中间层连接Si3N4陶瓷,研究了钎料成分和铜箔厚度对接头界面结构和抗弯强度的影响.结果表明,采用Ti40Zr25CuB0.2非晶钎料和70!m铜箔中间层,在1 323 K×30 min和0.027 MPa压力下连接Si3N4陶瓷,其接头抗弯强度最高为241 MPa;Si3N4陶瓷连接接头界面反应层为TiN,界面微观结构为Si3N4/TiN/Ti-Si+α-Cu+Ti-Zr+Cu-Zr;改变中间层厚度可以调整反应层的结构和厚度;随铜箔厚度增加,Ti-Si化合物层逐渐脱离TiN层被推向钎缝中心并细化呈颗粒状.     

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.     

Si3N4/AgCu/TiAl钎焊接头界面结构及性能

采用AgCu非活性钎料实现了Si3N4陶瓷与TiAl基合金的钎焊,确定接头的典型界面组织结构为:TiAl/Ti3Al+Ti(s,s)/AlCuTi/Ag(s,s)+AlCu2Ti/Ti5Si3+TiN/Si3N4陶瓷。钎焊过程中,活性元素Ti从TiAl母材溶解到钎料中与Si3N4陶瓷发生反应润湿,实现了TiAl与Si3N4陶瓷的连接。随着钎焊温度的升高及保温时间的延长,靠近Si3N4陶瓷的TiN反应层厚度增加,Ag基固溶体中弥散分布的AlCu2Ti化合物聚集长大成块状,导致接头性能下降。当钎焊温度T=860℃,保温时间为5min时接头抗剪强度达到最大值124.6MPa。基于反应热力学及动力学计算TiN层反应激活能Q约为528.7kJ/mol,860℃时该层的成长系数KP=2.7×10-7m/s1/2。     

TiAl与Si3N4f/Si3N4复合材料钎焊接头界面结构及性能研究

采用AgCuTi钎料实现了TiAl与Si3N4f/Si3N4复合材料的钎焊,确定了钎焊接头的典型界面组织结构为TiAl/AlCuTi/Ag(s,s)/TiN/Si3N4f/Si3N4。钎焊过程中,液相钎料在Si3N4f/Si3N4复合材料表面发生较好润湿,钎料中活性元素Ti与Si3N4基体及纤维发生反应形成连续的TiN化合物层。过高的钎焊温度或过长的保温时间导致钎缝中脆性的AlCuTi化合物增加,且由于接头应力的作用在钎缝中产生微裂纹甚至开裂,严重地降低了钎焊接头性能。当钎焊温度T=850℃,保温时间为10min时,接头抗剪强度达到最大,为9.4MPa,超过Si3N4f/Si3N4母材层间抗剪强度的60%。断口分析表明:压剪过程中,断裂发生在Si3N4f/Si3N4复合材料一侧。     

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。     

采用Cu-Ti钎料高温连接Si3N4陶瓷

采用Cu80Ti20钎料在1413~1493 K的温度,保温时间5~15 min的工艺条件下分别进行了Si₃N₄陶瓷的高温活性钎焊,在所选工艺条件下均成功得到了无明显缺陷和裂纹的钎焊接头,通过对接头组织和成分的分析,接头的组成为Si₃N₄陶瓷/TiN界面反应层/Cu-Ti化合物+Ti5Si3/TiN界面反应层/Si₃N₄陶瓷.在1413 K保温10min条件下,固溶体中的Ti元素扩散至钎缝与母材的界面并发生反应,形成了致密连续的厚度约为1 μm的反应层.获得了钎焊温度、保温时间、钎缝宽度及界面层厚度等对接头强度的影响规律,在试验中所采用的工艺参数条件下,接头抗剪强度达到了105 MPa.     

采用Ag-Cu-Ti+Mo复合钎料钎焊Si3N4陶瓷

采用Ag-Cu-Ti+Mo复合钎料连接Si3N4陶瓷,利用SEM,TEM,Nanoindentation研究了钎料内钼颗粒含量对接头组织和力学性能的影响.结果表明,在Si3N4/钎料界面处形成了一层致密的反应层,该反应层由TiN和Ti5Si3组成.接头的中间部分由银基固溶体、铜基固溶体、钼颗粒和Ti-Cu金属间化合物组成.借助于纳米压痕技术测定了接头内Ti-Cu化合物以及钎料金属的弹性模量和硬度值.随着钎料内钼颗粒含量的提高,母材/钎料界面反应层厚度逐渐降低;钎料金属中Ti-Cu化合物数量增多;此外,银和铜基固溶体组织逐渐变得细小.当添加5%Mo时,得到最高的接头强度429.4 MPa,该强度相比合金钎料提高了114.7%.     

非晶钎料加铜层连接Si3N4陶瓷的高温强度

采用TiZrCuB非品钎料和铜箔中间层连接Si3N4陶瓷，研究了钎料成分、中间层厚度和测试温度对接头高温强度的影响，分析了接头的强化机理．结果表明，随测试温度的升高，接头强度总体呈现先降低后升高的现象．在测试温度为773K时，接头抗弯强度最低为135MPa；但当测试温度升高致1123K时，接头抗弯强度达到230MPa．通过插入铜中间层使界面反应层仅剩下连续致密的TiN层，脆性的Ti—Si化合物层被推向焊缝中心并细化呈颗粒状，这使接头室温强度和高温强度明显提高．     

Si3N4／Cu68Ti20Ni12的界面结构及连接强度

采用Cu68Ti20Ni12钎料进行了Si3N4／Si3N4的活性钎焊连接。结果表明：钎焊温度和时间对连接强度有重要影响；在1373K，10min的连接条件下，Si3N4/Si3N4连接强度达到最大值289MPa。通过对Si3N4／Cu68Ti20Ni12界面区的微观分析：发现Ti，Ni明显向Si3N4方向富集，相对Ni而言，Ti的富集区更靠近Si3N4陶瓷，而Si则向钎料方向扩散，Cu在接头中心富集：界面区存在2层反应层，反应层Ⅰ为TiN层，而反应层Ⅱ则由TiN，Ti5Si4，Ti5Si3，Ni3Si及NiTi化合物组成。     

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.     

TiZrNiCu钎焊Si3N4-MoSi2复合陶瓷与Nb接头组织与力学性能

采用高温活性钎料TiZrNiCu对Si₃N₄-MoSi₂复合陶瓷和金属Nb进行真空钎焊试验,研究了其典型界面组织组成及形成机理,分析了钎焊温度和保温时间对钎焊接头界面组织及力学性能的影响规律。结果表明,接头典型界面结构为Nb/β-Ti/(Ti. Zr)₂(Cu, Ni)+β-Ti+(Ti, Zr)₅Si₃/TiN+(Ti, Zr)₅Si₃+MoSi₂/Si₃N₄-MoSi₂。钎焊温度和保温时间主要通过控制Si₃N₄-MoSi₂复合陶瓷母材中Si原子向钎料中扩散程度,来影响钎缝中(Ti, Zr)₅Si₃化合物的数量及分布,进而影响钎焊接头的抗剪强度。在920 ℃/10 min的工艺参数下,Si₃N₄-MoSi₂/Nb接头的室温抗剪强度最高达到112 MPa,选择最优参数条件下的Nb/Si₃N₄-MoSi₂钎焊接头在500 ℃和600 ℃条件下进行高温剪切实验,其高温抗剪强度分别达到123 MPa和131 MPa。     

Ni-Cr合金保护气氛钎焊金刚石界面Cr7C3的形核与长大

采用Ni-Cr合金在保护气氛炉中进行钎焊单晶金刚石磨粒试验,使用SEM对Ni-Cr合金钎焊金刚石界面碳化物、断口形貌、钎缝组织进行观察分析,采用XRD对钎焊后金刚石进行物相分析.结果表明,在保护气氛炉中进行钎焊可以实现金刚石的高强度连接,钎焊后金刚石棱角清晰、形貌完好.金刚石的表面生成具有方向性的Cr3C2,Cr3C2的生长方向与金刚石(111)晶面有一定的位向关系,与其所在晶面六边形的边平行,Cr7C3全部在Cr3C2上形核长大,最后形成外层是Cr7C3,内层是具有方向性的Cr3C2.     

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.     

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．     

Al2O3陶瓷/AgCuTi/GH99高温合金的钎焊接头力学性能

采用AgCuTi钎料对Al₂O₃陶瓷与GH99高温合金进行了钎焊连接,研究了工艺参数(连接温度、保温时间)的变化对接头力学性能的影响,并分析了不同参数下接头的断裂位置,结果表明：保温5min时,在不同的连接温度下进行钎焊,随着连接温度的升高,接头的抗剪强度先增后减,在900℃时取得最大值,为127.24MPa,连接温度较低时,主要断裂于Al₂O₃/钎料侧,随着温度的升高,接头TiNi₃反应层增厚,因此还有部分断裂于TiNi₃反应层/钎料界面;在连接温度为900℃时,随着保温时间的延长,接头的抗剪强度逐渐降低,保温时间较短时,主要要断裂于Al₂O₃/钎料界面,保温时间过长,TiNi₃反应层延伸入钎料中部且厚度大大增加,在该反应层中产生微裂纹,造成接头强度大大降低,此时部分断裂于钎料中部及TiNi₃反应层中。     

采用Ti/Ag-Cu/Cu中间层钎焊连接Si3N4陶瓷和TiAl合金的界面结构及性能

采用Ti/Ag-Cu/Cu中间层实现了Si₃N₄陶瓷与TiAl合金的钎焊连接,获得了良好的接头.利用SEM,EDS等微观手段,分析了接头界面结构和元素分布情况.结果表明,Si₃N₄陶瓷/Ti/Ag-Cu/Cu/TiAl典型界面微观结构可能为:Si₃N₄/TiN/Ti-Si/Cu-Ti+Ag（s,s）+Cu（s,s）/AlCuTi/TiAl.在连接温度1 133 K、保温时间30 min、接头压力0.040 MPa时,接头四点弯曲强度达到最大值170 MPa.     

表面活化Al2O3陶瓷与5005铝合金真空钎焊

采用Al-Si钎料对经过Ag-Cu-Ti粉末活性金属化处理的Al₂O₃陶瓷与5005铝合金进行了真空钎焊,研究了钎焊接头的典型界面组织,分析了钎焊温度对接头界面结构特征及力学性能的影响. 结果表明,接头典型界面结构为5005铝合金/α-Al+θ-Al₂Cu+ξ-Ag₂Al/ξ-Ag₂Al+θ-Al₂Cu+Al₃Ti/Ti₃Cu₃O/Al₂O₃陶瓷. 钎焊过程中,Al-Si钎料与活性元素Ti及铝合金母材发生冶金反应,实现对两侧母材的连接. 随着钎焊温度的升高,陶瓷侧Ti₃Cu₃O活化反应层的厚度逐渐变薄,溶解进钎缝中的Ag和Cu与Al反应加剧,生成ξ-Ag₂Al+θ-Al₂Cu金属间化合物的数量增多,铝合金的晶间渗入明显;随钎焊温度的升高,接头抗剪强度先增加后降低,当钎焊温度为610 ℃时,接头强度最高达到15 MPa.     

钎料中Ti元素含量对Si3N4/Si3N4接头界面结构及性能的影响

在900℃保温10 min的工艺条件下采用Ti含量不同的AgCu+Ti+nano-Si₃N₄复合钎料（AgCu_C）实现了Si₃N₄陶瓷自身的钎焊连接,并对不同Ti元素含量的接头界面组织及性能进行了分析.结果表明,接头典型界面结构为Si₃N₄/TiN+Ti₅Si₃/Ag_（s,s）+Cu_（s,s）+TiN_P+Ti₅Si_3P/TiN+Ti₅Si₃/Si₃N₄.随着复合钎料中Ti元素含量的增加,钎缝中团聚的纳米Si₃N₄颗粒逐渐减少,母材侧的反应层厚度逐渐增加后趋于稳定.当Ti元素含量高于4%时,钎缝中形成了类似于颗粒增强金属基复合材料的界面组织;当Ti元素含量达到10%时,有少量Ti-Cu金属间化合物在钎缝中形成;钎焊接头的抗剪强度随着Ti元素含量的增加而呈现先增加后降低的变化趋势,当Ti元素含量为6%时接头的抗剪强度达到最高值,即75 MPa.     

采用Ag-Cu-In-Ti钎料真空钎焊SiO2f/SiO2复合陶瓷与铌

设计了Ag-(15~26)Cu-(13~20)In-(3.1~6.9)Ti活性钎料,分别在780℃/20 min,780℃/40 min和800℃/10 min三种参数下实现了SiO_2f/SiO₂复合材料与铌的连接,分析了接头微观组织,测试了接头室温抗剪强度.其中800℃/10 min钎焊参数下的接头平均抗剪强度最高,达到21.6 MPa;微观分析结果表明,接头中靠近SiO_2f/SiO₂母材界面处形成了厚度约为2μm的连续扩散反应层,靠近铌的界面钎料与母材也形成了良好的结合.该钎焊参数下接头界面物相依次为:SiO_2f/SiO₂→TiO+TiSi₂→TiO+Cu₃Ti→Ag(s, s)+Ag₃In+Cu(s, s)→Nb.