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陶瓷与金属连接件的强度主要取决于界面结合强度和残余应力。陶瓷/金属良好的润湿性是实现陶瓷与金属可靠连接的必要条件。因此,改善陶瓷/金属的润湿性及缓解陶瓷-金属连接的残余应力具有十分重要的意义。本文重点采用座滴法研究陶瓷/金属体系的润湿性,具体工作包括:
1.石墨/Ni+Ti体系的润湿性;
2.SiC/Ni+Zr体系的润湿性;
3.用硬金属中间层缓解应力实验中的界面模拟研究。
在真空中,石墨/纯Ni体系在1340℃的接触角为78°,保温过程中接触角没有显著变化。添加活性元素Ti会改善Ni+Ti焊料与石墨基体的润湿性。焊料中活性元素Ti含量达到40wt%时,延长保温时间或升高温度都会使石墨/Ni+Ti体系的润湿角明显减小。
研究结果表明,添加活性元素Zr能够显著改善SiC/Ni+Zr体系的润湿性。结果表明,仅添加少量Zr就能使该体系的接触角明显减小。若Zr添加量过多,焊料本身会发生剧烈反应并形成较脆的反应产物。焊料中Zr含量在8wt%以下时,SiC/Ni+Zr体系的润湿性受保温时间的显著影响,保温时间越长,接触角越小。
陶瓷-金属连接会产生残余应力,残余应力的存在会影响连接强度。缓解陶瓷与金属连接应力的主要方法是添加软金属中间层、硬金属中间层、复合中间层或者梯度材料缓冲层。采用硬金属中间层缓解应力得到的实际界面较为复杂。为此,将采用W片与C+W+Ni+Ti焊料进行界面模拟研究,并对模拟实验中得到的界面形态进行讨论。界面微观结构研究表明,在界面处存在元素的互扩散,生成了反应扩散层。焊料成分对W片与C+W+Ni+Ti焊料的冶金结合有显著影响。