氮化硅陶瓷與鎳基合金釬焊接頭的殘余應(yīng)力研究.pdf

1、本文采用Au-Ni-V活性釬料釬焊連接Si3N4陶瓷與鎳基合金，使用ANSYS有限元軟件模擬計算了加入不同厚度、不同材料的中間層對接頭殘余應(yīng)力的影響，并通過試驗對模擬計算結(jié)果進行驗證。
　　使用Au-Ni-V釬料直接釬焊Si3N4陶瓷與鎳基合金，釬料對兩側(cè)母材潤濕性良好，但由于熱膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致殘余應(yīng)力過大，造成接頭在冷卻過程中發(fā)生斷裂，無法得到具有良好性能的接頭。通過掃描電鏡對接頭組織進行觀察發(fā)現(xiàn)釬縫主要由三部分組成：陶瓷與釬

2、料界面之間的V2N反應(yīng)層，焊縫中的白色富Au固溶體，以及灰色富Ni固溶體。
　　數(shù)值模擬計算結(jié)果表明：軟質(zhì)中間層Ni和Cu依靠其自身的塑性變形，能有效降低接頭中陶瓷部分的殘余應(yīng)力，中間層的屈服強度越低，對殘余應(yīng)力緩解的作用越明顯。隨著中間層厚度的增加，接頭殘余應(yīng)力先減小后增大，存在最佳中間層厚度配比。硬質(zhì)中間層W通過對殘余應(yīng)力的分擔(dān)和轉(zhuǎn)移來降低陶瓷上的殘留應(yīng)力值，殘余應(yīng)力隨中間層厚度的增加不斷減小。對于Cu和W組成的雙層復(fù)合中間層

3、，在Cu靠近陶瓷一側(cè)時接頭殘余應(yīng)力較低，而當(dāng)W靠近陶瓷一側(cè)時對殘余應(yīng)力緩解效果較差。
　　在不同的釬焊工藝條件下，對加入單層中間層接頭的組織觀察結(jié)果表明：Mo和Ni中間層的加入，降低了釬料對母材的潤濕性，使得接頭的連接性能惡化，導(dǎo)致接頭性能降低；而加入W和Cu中間層時，由于其與釬料的交互作用較弱，不影響釬料對母材的連接性能，因此可以得到性能相對較高的接頭。
　　接頭性能測試的結(jié)果表明：在保證釬料對陶瓷母材潤濕性的前提下，采用