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多孔Si3N4陶瓷是目前国内外导弹天线罩的罩体材料之一,具有低介电、抗热震、抗氧化等特性。在天线罩的实际装配及使用过程中,需要将陶瓷罩体材料与金属环进行有效连接。Invar合金因具有室温范围内极低的热膨胀系数,常常被用作金属环连接材料。为了克服使用有机胶胶接接头强度相对较低和容易老化的缺点以及使用Ag-Cu-Ti钎料钎焊连接难以获得满足高温性能接头要求等问题。本文采用Cu-Ti活性钎料实现了对多孔Si3N4陶瓷和Invar合金的高温钎焊连接,通过理论分析结合试验结果研究了钎焊温度和保温时间对接头微观组织和力学性能的影响。基于Cu-Ti钎料实际钎焊连接过程中出现的问题,以添加中间层的方式,对钎料体系进行了重新设计,从而实现了控制接头组织和提高了接头力学性能的目的。采用Cu-Ti钎料钎焊连接多孔Si3N4陶瓷与Invar合金,典型的接头结构为:多孔Si3N4陶瓷/反应层(TiN+Ti5Si3+Fe2Ti)/中间层(Cu(s,s)+Fe2Ti+Ni Ti+TiN)/Invar合金。随着钎焊温度的升高或者保温时间的延长,接头中陶瓷侧界面反应层厚度增加,焊缝中金属间化合物数量增加,尺寸增大,接头室温剪切强度呈现先增大后减小的趋势。当钎焊温度过低或者保温时间过短时,陶瓷侧界面反应不够充分,未能实现接头的可靠连接。在本研究范围内,钎焊温度为1050℃,保温15min,获得接头室温剪切强度最大值为20.1MPa。采用重新设计的Cu-Ti/Nb/Ni-Si-B钎料,以多层复合的方式钎焊连接多孔Si3N4陶瓷与Invar合金,获得接头典型的结构为:多孔Si3N4陶瓷/界面反应层(TiN+Cu基固溶体)/钎缝(Cu基固溶体+Nb5Si3+Nb3Si+Ti N)/Nb箔/钎缝(Ni6Nb7+Ni3Nb+Ni基固溶体+Ni2Si)/Invar合金。探究了不同工艺参数对接头界面组织和性能的影响,采用Cu-Ti/Nb/Ni-Si-B多层钎料钎焊所得接头室温剪切强度高于单一使用Cu-Ti钎料所得接头,当钎焊温度为1080℃,保温15min时,获得的接头最大剪切强度为46.1MPa,比单一使用Cu-Ti钎料所得接头强度提高了一倍以上。采用Cu-Ti/Nb/Ni-Si-B钎料钎焊多孔Si3N4/Invar所得接头中Si3N4/Nb侧的连接机理为:在钎焊升温过程中,Cu-Ti钎料熔化,液态钎料中Ti原子和Cu原子向多孔Si3N4中渗入,其中活性元素Ti与Si3N4发生化学反应生成Ti N相,并包裹在Si3N4颗粒周围,引起陶瓷母材的剥离甚至消失,反应释放的Si原子与扩散至反应层界面处的Nb原子发生反应生成Nb-Si化合物相,同时,由于钎焊温度较高反应剧烈,多孔Si3N4陶瓷分解的N原子也会向液态钎料中扩散,与Ti原子反应生成黑色颗粒状Ti N相,弥散分布于焊缝Cu基固溶体中。接头中Nb/Invar侧的连接机理为:在钎焊升温过程中,随着钎料的熔化,Nb箔表面处少量Nb原子扩散到液态钎料中,与大量的Ni原子反应生成Ni3Nb相,这即为钎料中Ni原子和Nb箔中Nb原子向Nb箔界面处的扩散提供了驱动力,在整个动态平衡的过程中,沿液态钎料到Nb箔的方向上,Ni元素的浓度逐渐减小,Nb原子的浓度逐渐增加,最终在钎焊冷却的过程中,Nb/钎料界面处形成了多层化合物反应层,焊缝中凝固形成Ni基固溶体及硅化物。