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氮化硅陶瓷与镍基合金的钎焊研究(4)

时间:2022-12-25 17:06来源:毕业论文
(2)活性钎焊又被称为直接钎焊,因为其使陶瓷构件的制造工艺变得简单,而且还能满足陶瓷高温状态使用的要求,所以近年来陶瓷的直接钎焊技术一直

(2)活性钎焊又被称为直接钎焊,因为其使陶瓷构件的制造工艺变得简单,而且还能满足陶瓷高温状态使用的要求,所以近年来陶瓷的直接钎焊技术一直是国内外研究的热点。活性钎焊连接是一种利用陶瓷与金属母材之间的钎料在高温下熔化,其中的活性组元与陶瓷发生化学反应,形成稳定的反应梯度层,从而将两种不同材料结合在一起的方法。钎料合金中加入Ti、Zr、Hf、Nb、Cr、Ta、V等活性元素,使其在焊接温度下与Si3N4反应生成类金属的硅化物和氮化物,从而改变液态钎料与Si3N4之间的界面能,提高界面粘附功,实现钎料对Si3N4表面的润湿,是Si3N4直接钎焊法的主要原理。与间接钎焊相比,直接钎焊方法虽然简单便捷,但由于钎料中含有活性元素,所以在钎焊过程中,对活性元素的保护非常重要。因为活性元素极易被氧化,被氧化后就不再与陶瓷发生反应,因此活性钎焊一般都在真空或纯度很高的惰性保护气体中进行,钎焊温度下真空度一般应保证高于10-2Pa。目前对这种方法研究较多,其重点主要集中在改善钎料的润湿能力以及接头性能上。

间接钎焊和直接钎焊各有其优缺点。间接钎焊由于连接工艺复杂,其使用受到了一定限制,但是它可以解决直接钎焊中存在的一些问题, 如进行大面积钎焊时钎料存在的铺展问题,因此,近年来这两种方法都有不同程度的进展。

1。2。2  固相扩散焊

固相扩散连接最初用于连接异种材料,目前也是连接陶瓷材料的常用方法之一。陶瓷与金属的固相扩散焊是在一定压力和温度下,陶瓷与金属紧密接触(接触距离达到几埃到几十埃以内),通过恢复、再结晶及晶界变化在界面处形成金属键或化学键,从而形成牢固结合的接头。与钎焊相比,固相扩散连接形成的接头不存在低熔点钎料金属或合金, 接头质量稳定, 可以制备出耐高温的接头。固相扩散连接根据被连接母材之间是否插入中间层金属, 可以分为直接连接和间接连接。固相扩散连接中界面的结合是靠塑性变形、扩散和蠕变机制实现的, 其连接温度较高,陶瓷/金属固相扩散连接通常为金属熔点的0。9倍,两种材料热膨胀系数和弹性模量不匹配,易在界面附近而产生高的残余应力,一般很难实现陶瓷与金属的直接扩散连接。因此在进行陶瓷/金属连接时,一般都采用在陶瓷和金属之间插入中间层金属的间接固相扩散连接方法。通过插入适当的中间层,不仅能降低连接温度和压力, 还能显著降低残余应力,提高连接强度。除了用插入中间层来间接扩散连接陶瓷和金属外, 有的还采用在陶瓷表面镀膜来代替中间层金属进行固相扩散连接。固相扩散焊时要经历塑性变形、物质传输(表面扩散、体积扩散、晶界扩散和界面扩散)以及蠕变强化等阶段, 被连接表面的表面状态对连接性影响很大,扩散连接要求接触面无氧化层及其它污染物,接触面越大越好。

固相扩散连接的主要优点是:连接强度高,收缩与变形小,尺寸容易控制,适合于连接异种材料。主要不足是扩散连接需要的温度高、时间长而且通常在真空下连接, 因此设备昂贵、成本高, 而且试件尺寸受到限制。

1。2。3  过渡液相扩散焊

过渡液相扩散焊是一种集扩散焊和钎焊优点于一身的连接技术,相对于固相扩散焊,它所需要的连接温度低,施加压力小等优点成为了近十几年连接陶瓷-金属的重要方法。在焊接时,需要在待焊接面中夹有中间层,当升至焊接温度时(中间层熔点以上),中间层熔化成液相,润湿母材并在接头间隙中填充,在随后的保温阶段,液相中元素和固相中元素相互扩散使成分均匀化,液相等温凝固使焊接母材连接在一起,得到满足实际需求的接头。过渡液相扩散焊又可分为瞬间液相连接(TLP)和部分瞬间液相连接(PTLP)。两种方法都需借助中间层进行连接且焊接原理相同,不同的是两者在中间层的选择以及焊接过程中中间层的行为状态。 氮化硅陶瓷与镍基合金的钎焊研究(4):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_114756.html

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