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Au-Ni-V-Pd高温钎料连接氮化硅陶瓷的工艺及机理研究

作　者: 耿艳平
导　师: 张杰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: Si3N4陶瓷 Au-Ni-V-Pd钎料活性钎焊界面反应接头性能
分类号: TQ174.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 26次
引　用: 1次
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内容摘要

Si₃N₄陶瓷是最有希望在高温下应用的结构陶瓷之一,研究Si₃N₄陶瓷的连接具有十分重要的理论意义和实用价值,本文采用Au-Ni-V-Pd活性钎料钎焊Si₃N₄陶瓷,研究连接工艺参数和钎料成分变化对钎焊接头组织和性能的影响,通过SEM、EDS、XRD、TEM分析接头中各相的成分,确定反应产物的类型,并深入探讨界面的连接机理。采用Au-Ni-V-Pd活性钎料直接钎焊Si₃N₄陶瓷,可成功获得可靠牢固的接头。通过显微组织观察可知,整个接头主要由三部分组成:两侧的Si₃N₄陶瓷母材;接头中间由Au基固溶体和富Ni相组成的合金;Si₃N₄陶瓷与钎料合金之间的VN界面反应层。在一定的温度范围内（1323K-1423K）,随着连接温度升高,界面反应层VN的厚度增加,接头内部的Ni[Si,V]固溶体尺寸逐渐变大,接头强度随之升高。但是当温度过高,达到1473K时,反应层厚度降低,接头的性能下降。随着保温时间的延长,接头的界面反应层厚度逐渐增加,接头中的Ni[Si,V]固溶体有长大趋势,接头强度随保温时间的延长而提高。但过长的保温时间（90min）会导致金属间化合物Ni3Si的形成,降低接头的弯曲强度。另外,随着连接温度的升高或者保温时间的延长,焊缝逐渐变窄。适当提高钎料中V或Pd的含量,可以有效促进界面反应,但是V或Pd的含量过高,对接头性能产生不利的影响。研究发现,使用Au54.15Ni36.09V4.76Pd5钎料在1423K钎焊60min时,接头的室温抗弯强度可以达到264.4MPa,当测试温度升高到1073K时,接头的强度仍保持在221.2MPa。断口形貌分析结果表明,大部分钎焊接头都是在陶瓷内部近缝处断裂,可见接头断裂的最主要原因是陶瓷和钎料的热膨胀系数不匹配,导致降温时在陶瓷母材近缝区产生了较大的残留热应力。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 陶瓷连接技术  10-11
    1.2.1 固相扩散连接  10
    1.2.2 活性钎焊技术  10-11
    1.2.3 部分瞬间液相连接  11
    1.2.4 混合氧化物玻璃连接  11
  1.3 Si_3N_4 陶瓷高温钎焊研究现状  11-14
  1.4 Si_3N_4 陶瓷活性钎焊原理  14-18
    1.4.1 连接接头性能及其影响因素  14-15
    1.4.2 活性钎料的开发  15-16
    1.4.3 润湿性研究  16-17
    1.4.4 接头残余应力分析及缓解方法  17-18
  1.5 本文的主要研究内容  18-19
第2章材料及试验方法  19-24
  2.1 试验材料  19
  2.2 试样的制备  19-20
  2.3 钎焊设备  20-21
  2.4 钎焊工艺的确定  21-22
  2.5 钎焊接头三点弯曲强度的测定  22
  2.6 钎焊接头的组织结构分析  22-24
    2.6.1 用扫描电镜观察接头形貌  22-23
    2.6.2 能谱成分分析(EDS)  23
    2.6.3 XRD 分析  23
    2.6.4 透射电子显微分析(TEM)  23-24
第3章钎焊工艺参数对Si_3N_4/Si_3N_4 接头组织与性能的影响  24-40
  3.1 引言  24-26
  3.2 Au-Ni-V-Pd 钎料活性钎焊Si_3N_4/Si_3N_4 接头的显微组织  26-29
  3.3 连接温度对Si_3N_4/Si_3N_4 接头组织与性能的影响  29-34
    3.3.1 连接温度对Si_3N_4/Si_3N_4 接头显微组织的影响  30-31
    3.3.2 连接温度对Si_3N_4/Si_3N_4 接头性能的影响  31-34
  3.4 保温时间对Si_3N_4/Si_3N_4 接头组织与性能的影响  34-39
    3.4.1 钎焊保温时间对Si_3N_4/Si_3N_4 接头微观组织的影响  34-36
    3.4.2 钎焊保温时间对Si_3N_4/Si_3N_4 接头性能的影响  36-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章钎料成分变化对Si_3N_4/Si_3N_4 接头组织与性能的影响  40-55
  4.1 V 含量变化对Si_3N_4/Si_3N_4 接头组织与性能的影响  40-43
    4.1.1 V 含量变化对Si_3N_4/Si_3N_4 接头微观组织的影响  40-41
    4.1.2 V 含量变化对Si_3N_4/Si_3N_4 接头性能的影响  41-43
  4.2 Pd 作为钎料第四组元的作用及其含量变化对接头的影响  43-50
    4.2.1 Pd 作为钎料第四组元的作用  43-45
    4.2.2 Pd 含量变化对Si_3N_4/Si_3N_4 接头微观组织的影响  45-49
    4.2.3 Pd 含量变化对Si_3N_4/Si_3N_4 接头性能的影响  49-50
  4.3 Au-Ni-V-Pd 活性钎料钎焊Si_3N_4 陶瓷的连接机理研究  50-53
    4.3.1 Si_3N_4 陶瓷与Au-Ni-V-Pd 钎料之间的反应  51-53
  4.4 接头的高温强度  53-54
  4.5 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-61
致谢  61

Au-Ni-V-Pd高温钎料连接氮化硅陶瓷的工艺及机理研究

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