釬焊氮化硅陶瓷高溫活性非晶釬料研究.pdf

1、本文采用新型Ti40Zr25Cu20Ni15非晶活性釬料進(jìn)行了Si3N4陶瓷的真空釬焊連接，利用SEM、EDS等分析手段對(duì)接頭界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：對(duì)于Ti-Zr-Ni-Cu系活性釬料，合金元素Ti的活性大于Zr，優(yōu)先和Si3N4發(fā)生界面反應(yīng)；Ti40Zr25Ni15Cu20非晶釬料釬焊Si3N4陶瓷接頭界面反應(yīng)層由兩部分組成，緊靠陶瓷為T(mén)iN層，其余為T(mén)i-Si和Zr-Si化合物層；釬焊溫度、保溫時(shí)間和釬焊時(shí)施加的壓力均對(duì)接頭

2、的室溫強(qiáng)度有影響，這種影響主要是通過(guò)反應(yīng)層的厚度以及致密度來(lái)體現(xiàn)的。在釬焊溫度為1323K，釬焊保溫時(shí)間為120min，施加的壓力為400Pa的工藝參數(shù)條件下，接頭具有最佳的室溫強(qiáng)度，為160MPa；在相同的試驗(yàn)條件下，采用非晶態(tài)釬料釬焊的接頭室溫強(qiáng)度均大于晶態(tài)釬料的接頭；采用Ti40Zr25Ni15Cu20非晶釬料釬焊Si3N4陶瓷，在測(cè)試溫度573K時(shí)，接頭高溫強(qiáng)度達(dá)到最大，為126MPa；隨后隨試驗(yàn)溫度升高，高溫強(qiáng)度降低，當(dāng)測(cè)試溫

3、度大于673K，接頭強(qiáng)度急劇降低。 為了進(jìn)一步改善接頭的強(qiáng)度，以Ti40Zr25Cu20Ni15成分為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一系列不同成分的釬料。釬料的潤(rùn)濕性試驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的釬料中Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于30％就不能很好潤(rùn)濕Si3N4陶瓷，在此基礎(chǔ)上添加微量的B或Si元素能改善潤(rùn)濕性，對(duì)比B，Si元素對(duì)潤(rùn)濕性的影響，發(fā)現(xiàn)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2％的B改善效果最好。為了提高Ti-Zr-Ni-Cu非晶態(tài)釬料釬焊Si3N4陶瓷接頭的高溫強(qiáng)度，增加

4、了釬料中Ni元素的含量。非晶形成理論表明：合金元素Zr有利于提高釬料合金的非晶形成能力?；谝陨蠋c(diǎn)，確定了TiZr20Ni20Cu20B0.2，TiZr20Ni25Cu15B0.2兩組釬料為本文的優(yōu)化結(jié)果，并成功制備為非晶。TiZr20Ni20Cu20B0.2，TiZr20Ni25Cu15B0.2非晶箔帶釬料EDS、DTA分析表明：釬料中各元素分布非常均勻，基本沒(méi)有偏析，與相同成分晶態(tài)釬料相比，非晶箔帶釬料的固液相線(xiàn)溫度均有所降低，固

5、液相線(xiàn)溫度區(qū)間也縮小；在真空度不低于5×10-3Pa高真空條件下，非晶態(tài)釬料潤(rùn)濕性好于晶態(tài)釬料；和Ti40Zr25Cu20Ni15非晶態(tài)釬料釬焊Si3N4陶瓷的接頭相比，TiZr20Ni20Cu20B0.2，TiZr20Ni25Cu15B0.2非晶態(tài)釬料釬焊的Si3N4陶瓷的接頭室溫強(qiáng)度變化不大，但高溫強(qiáng)度有一定的提高。在773K的溫度下，采用TiZr20Ni20Cu20B0.2，TiZr20Ni25Cu15B0.2釬料釬焊的接頭強(qiáng)度分