Zn-Al超聲釬焊藍(lán)寶石的界面形成機(jī)理和工藝研究.pdf

1、藍(lán)寶石具有優(yōu)異的光學(xué)特性,在紅外、可見(jiàn)光和微波等多個(gè)波段體現(xiàn)出很好的透波性,作為窗口材料被廣泛應(yīng)用在導(dǎo)彈整流罩、衛(wèi)星、戰(zhàn)斗機(jī)等高速飛行器上。藍(lán)寶石還具有強(qiáng)度高、硬度大、耐腐蝕、耐高溫等諸多優(yōu)點(diǎn),在固體激光、發(fā)光器件基板、半導(dǎo)體襯底等高科技領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。針對(duì)目前大尺寸藍(lán)寶石獲取困難,藍(lán)寶石的焊接存在難反應(yīng)、難潤(rùn)濕、溫度高和殘余應(yīng)力大等問(wèn)題,本文提出采用Zn-5Al釬料超聲釬焊藍(lán)寶石,研究超聲作用下釬料與藍(lán)寶石的界面反應(yīng),分析藍(lán)寶石接頭

2、的微觀形貌、界面結(jié)合特征、力學(xué)性能及其斷裂行為,探索低應(yīng)力藍(lán)寶石接頭的獲取工藝。
　　研究結(jié)果表明,在420℃下,Zn-5Al釬料中的Al元素可以與藍(lán)寶石發(fā)生界面反應(yīng)生成Al2O3,釬料與藍(lán)寶石通過(guò)生成的Al2O3實(shí)現(xiàn)連接;超聲波能夠促進(jìn)界面反應(yīng)的進(jìn)行,隨著超聲作用時(shí)間的延長(zhǎng),藍(lán)寶石表面生成的Al2O3開始增多增厚。
　　Zn-5Al超聲釬焊藍(lán)寶石接頭的母材中存在裂紋,部分釬料與藍(lán)寶石的界面處存在裂縫,裂紋和裂縫是接頭在冷卻

3、過(guò)程中的產(chǎn)生的殘余應(yīng)力造成的。藍(lán)寶石接頭強(qiáng)度與焊縫寬度有關(guān),焊縫寬度越小,壓剪強(qiáng)度越大,焊縫寬度為20μm時(shí),接頭的平均壓剪強(qiáng)度可達(dá)87MPa;壓剪測(cè)試時(shí),接頭總是斷裂在釬料與藍(lán)寶石的界面,由于藍(lán)寶石表面生長(zhǎng)的Al2O3與藍(lán)寶石的結(jié)合強(qiáng)度高于與釬料的結(jié)合強(qiáng)度,接頭實(shí)際上是在釬料與Al2O3的界面開裂。
　　在藍(lán)寶石接頭中預(yù)置55％SiCP/A356復(fù)合材料中間層可以消除藍(lán)寶石接頭中裂紋和裂縫等缺陷,當(dāng)預(yù)置中間層厚度為300μm時(shí)可