玻璃与铝多层阳极键合接头力学性能分析

阳极键合是一种利用电和热相互作用实现固体电解质玻璃(陶瓷)与金属材料固态连接的一种新方法.运用共阳极法实现多层玻璃/铝的键合,并采用微拉伸试验和MARC非线性有限元分析软件,分析了玻璃与铝多层键合试件冷却后,接头的力学性能和残余应力分布状况.试验发现,在玻璃/铝/玻璃多层连接区,键合界面附近的残余应力和应变呈对称分布,多层结构的对称性有利于缓解接头应变和应力,表明应用公共阳极法可实现多层玻璃/铝/玻璃的良好键合.     

Ag-CuO钎料空气反应钎焊AlN陶瓷接头组织及性能

采用Ag-Cu O钎料实现了Al N陶瓷与自身的空气反应钎焊。研究了Cu O含量、钎焊温度和预氧化温度对界面组织及力学性能的影响规律,分析了连接机理。当钎料成分为Ag-6 mol%Cu O,在1000℃/5 min的钎焊参数下,Al N/Ag-Cu O/Al N接头可获得最高的抗剪切强度为13.9 MPa。采用SEM、EDS及XRD对其接头界面显微组织、断口形貌及成分进行了分析。典型接头界面组织结构为Al N/Cu Al_2O_4/Cu O/Al N+Ag+Cu O/Cu O/Cu Al_2O_4/Al N。然而,在该条件下无法获得无缺陷的接头。为了降低残余热应力获得无缺陷的接头,对Al N陶瓷采用预氧化处理,在Al N陶瓷表面形成一层Al_2O_3层。当预氧化参数为1 000℃/5 h时,Al N陶瓷表面的Al_2O_3层厚度约为10μm。采用成分为Ag-6 mol%Cu O的钎料,在1 000℃/5min的钎焊参数下,对预氧化后的Al N陶瓷进行连接,获得了无缺陷的接头,接头典型界面显微组织为Al N/Al_2O_3/Cu Al_2O_4/Cu O/Ag+Al_2O_3/Cu O/Cu Al_2O_4/Al_2O_3/Al N。接头的抗剪切强度最高为22.6 MPa,与未氧化的Al N陶瓷接头相比提升了62.6%。接头进行抗剪切测试时,断面主要出现在Al N陶瓷母材。     

ZrO2陶瓷与钛合金非晶钎焊

由于陶瓷的线膨胀系数与金属的线膨胀系数相差很大,因此在通过焊接连接陶瓷与金属时,热作用势必会在接头区域会产生幅值较大的残余应力,进而降低接头的力学性能,严重时甚至会导致连接陶瓷接头的断裂。这使得陶瓷与金属的连接是一个广受关注但又未能得到很好解决的科学问题。采用非晶钎料实现ZrO2陶瓷与Ti-6Al-4V合金的钎焊连接,研究焊接工艺参数对接头的组织与性能的影响。结果表明接头界面组织结构为ZrO2陶瓷/Cu2Ti4O+(Ti,Zr)2Cu/TiO+Ti2O/CuTi2+(Ti,Zr)2Cu/ CuTi2/Ti-6Al-4V合金。钎焊温度、保温时间和冷却速度对界面组织结构有最大的影响,主要体现在反应层的厚度和脆性(Ti,Zr)2Cu相的变化。接头的剪切强度随钎焊温度、加热时间和冷却速度的增加而降低。最佳工艺参数为焊温度1 173 K,保温时间10 min,冷却速度5 K/min,其钎焊接头剪切强度可以达到165 MPa。     

陶瓷-玻璃-单晶硅的阳极键合工艺性研究

首先采用射频磁控溅射法在ZrO2陶瓷基体上沉积一层钠硼硅酸盐玻璃，并通过该钠硼硅酸盐玻璃薄膜作为中间层利用阳极键合方法实现了ZrO2陶瓷与单晶硅的间接连接。     

用铁粉坯连接碳化硅陶瓷界面的微观结构

以铁粉压坯作为连接材料,采用高温钎焊连接工艺连接反应烧结SiC陶瓷.连接温度1 250℃,保温时间3 min,降温速率5℃/min,压坯厚度0.6 mm.对其界面微观结构进行了分析;并进行了三点弯曲试验.结果表明:连接界面形成了2个反应层,相应的界面微观结构为SiC/反应层1/反应层2/反应层1/SiC;各界面之间相互交错,形成紧密连接;界面含有Fe3Si、FeSi和SiC等相;试样断裂位置大部位于母材内,只有小部分断裂于反应层中,断口为混合断口.     

铜铋合金与ZrO2陶瓷扩散焊接头的组织与剪切强度

在1.3Pa的真空环境下,用扩散焊接法进行了Cu-x%Bi合金(x=0,0.5,1.0,2.0)与ZrO2陶瓷的连接,并采用扫描电镜、电子探针及剪切试验机等研究了铜铋合金与ZrO2陶瓷扩散焊接头的组织及剪切强度。结果表明:在焊接压力作用下挤入接合界面的铋,在焊接后部分残留在界面上,对焊接热应力有缓释作用,可提高接头的剪切强度;当接头的使用温度高于373K后,由于界面上铋的软化,接头的剪切强度急剧下降,难以在高温环境中使用。     

连接温度对CaO-Al2O3-MgO-SiO2-TiO2玻璃钎料连接SiC陶瓷接头微观结构和性能的影响

采用新型玻璃钎料CaO-Al₂O₃-MgO-SiO₂-TiO₂(CAMST)连接无压烧结SiC陶瓷,研究了连接温度(1 300～1 450℃)对SiC陶瓷接头微观结构和力学性能的影响。结果表明：CAMST玻璃钎料在1 350～1 450℃下可实现SiC陶瓷的有效连接。当连接温度为1 350℃时,焊缝厚度约为36μm,母材与焊缝界面存在较多孔洞,接头剪切强度为(21.4±2.7) MPa;当连接温度为1 400℃时,焊缝厚度为3μm,母材与焊缝结合良好,接头剪切强度为(47.6±6.2) MPa;当连接温度升高至1 450℃时,焊缝厚度约为50μm,母材与焊缝结合良好,但焊缝中存在裂纹缺陷,接头剪切强度为(20.9±3.9) MPa。连接温度对焊缝硬度无明显影响。     

耐高温陶瓷接头的合金化--用A1/Ti/A1复合层连接Si3N4陶瓷

用A1/Ti/A1复合层真空连接Si3N4陶瓷,研究了A1与Ti的匹配和工艺参数对接头显微组织及强度的影响。结果表明,当A1与Ti的匹配合理且采用适当的连接工艺时,A1与Si3N4和A1与Ti的相互扩散和反应可分别获得牢固的结合界面和以A13Ti耐高温相为主的焊缝金属,获得性能良好的陶瓷接头;Ti的厚度、连接温度和保温时间直接影响接头强度,当这些参数组合适当时,接头剪切强度在室温及600℃可分别达到89.4MPa和29.4MPa。     

高温高湿环境对键合Cu线可靠性影响的研究

通过高温存储试验和高压蒸煮试验对铜线键合器件在高温高湿环境下的可靠性进行研究,分析试验前后键合球剪切力和键合球拉力的变化,利用扫描电镜、透射电镜观察试验前后键合界面形貌及金属间化合物类型,采用能谱仪对试验前后键合界面的成分进行分析。研究结果表明,键合初期,Cu/Al键合界面没有生成Cu、Al金属间化合物,键合界面具有一定的连接强度;高温存储试验后,Cu/Al键合界面生成CuAl、Cu_9Al_4金属间化合物,连接强度增加;高压蒸煮试验后,Cu/Al键合界面的Cu_9Al_4金属间化合物消失,键合界面由于卤素原子的加入使周围环境呈现弱酸性,Cu9Al4金属间化合物在该环境下被腐蚀,其反应式为Cu_9Al_4+12Br-~=4AlBr_3+9Cu +12e~-,键合界面出现孔洞,键合界面强度减小,降低了器件的可靠性。     

耐高温陶瓷接头的合金化——用Al／Ti／Al复合层连接Si3N4陶瓷

用Ａｌ／Ｔｉ／Ａｌ复合层真空连接Ｓｉ３Ｎ４陶瓷,研究了Ａｌ与Ｔｉ的匹配和工艺参数对接头显微组织及强度的影响。结果表明,当Ａｌ与Ｔｉ的匹配合理且采用适当的连接工艺时,Ａｌ与Ｓｉ３Ｎ４和Ａｌ与Ｔｉ的相互扩散和反应可分别获得牢固的结合界面和以Ａｌ３Ｔｉ耐高温相为主的焊缝金属,获得性能良好的陶瓷接头;Ｔｉ的厚度,连接温度和保温时间直接影响接头强度,当这些参数组合适当时,接头剪切强度在室温及６００℃可分别达