Si-%2c3-N-%2c4-%2f40Cr钢钎焊接头强度分析及其改善.pdfVIP

第九次全国焊接台议论文集 Si3N4／40Cr钢钎焊接头强度分析及改善 清华大学 张春雷 施克仁吴敏生 中科院金属研究所 郭义 擅要 本文分析了影响Si，Nd40Cr钢接头强度的因素。采用台适的钎焊工艺促进陶瓷和钎料的冶金 相容和冶金反应。利f{]压力钎焊促进缓冲层产生塑性变形，解决陶瓷金属物性不匹配问题．降低了接头残 余应力，提高了接头强度。 关健词t 压力钎捍残余应力缓冲层 0前官 陶瓷／金属(c／I{)钎焊连接技术是解决陶瓷本征脆性的关键，也是当今钎焊领域的前 沿课题。c／M钎焊主要难点在于陶瓷与钎料的冶金不相容和陶瓷与金属的物性不匹配“3。 前者可通过选择合适的活性钎料和适当的钎焊工艺来解决：后者则涉及C／M连接界面存在 的高梯度应力问题。AgCuTi活性钎料解决陶瓷的润湿和铺展已较成熟”3，在具体应用中， 需要选择适当的钎焊工艺；而陶瓷金属热膨胀系数(CTE)不匹配所造成的应力是C／M)。 泛应用的一大障碍，也是钎焊工作者的关注目标。利用各种缓冲层(软、硬缓冲层，功能 梯度材料FGM等)加入C／M接头一直受到人们的重视““，虽然在一定程度上缓冲层提高 了接头强度，但是其本身性能(厚度、强度、弹性模量)使C／M接头应力得不到充分缓冲， 而FGM自身设计和制备上的困难也使得它离实际使用尚有一段距离。 本文分析了C／M接头的形成过程，通过钎焊温度和保温时问对陶瓷／陶瓷(C／c)接头强 度的影响来分析钎料与陶瓷的冶金作用，并提出在钎焊冷却过程中对接头施加一定的压 力，促进缓冲层产生塑性变形，降低C／M接头的应力水平，提高接头强度。 l 陶瓷／金属(C／M)钎焊接头力学性能分析 C／M接头强度是个综合的宏观的物理量，从陶瓷 A 材料粉末的制备、成型、烧结，到C／M的钎焊过程， B C 无～不影响接头性能。图1表示C／M接头的形成过程 和各个过程中的强度损失。 D E 陶瓷强度A主要由两种结构因素决定。一是陶瓷 F{G 材料的物质结构(化学键性质、晶体结构和显微组 图l陶瓷／金属接头强度说明 织)；二是制各工艺(常压烧结法，热压法，热等静压法和反应烧结法)。Si3N4陶瓷是 种脆性材料，其强度服从Weibull分布。 陶瓷与钎料界面本征强度B是指选定～定的钎料连接相同的陶瓷而获得的C／C接头 强度。在C／C接头中，热应力相对较小，所以可把图l中A与B之差C看成是仅由于钎 料不完全润湿、或者与被钎焊陶瓷不匹配、或者是钎焊工艺的影响丽造成的强度损失。其 第九次全国焊接会议论文集 ，一i小主要取决于钎料与母材基体的化学相容性和钎焊工艺。 C／M接头不可避免要产生残余应力，而残余应力对接头的连接强度影响很大．通常可 定性地认为： a=匹。一Gr 式中a指接头的实际强度(剩余强度)，d。指接头的理论强度，嘶指接头的残余应力。在 引I中分别对应于D、B、E三部分。所以减小接头残余应力，可以提高接头强度， G表示了对C／M钎焊接头连接强度测试标准的评价。由!f各种测试试验的设计方法 不一致，并且受到接头自身带来的缺陷的影响，使得同一种工艺下的接头所得到的测量值 F是不相同的。在接头强度的评价方法中．主要使用拉伸试验、三点弯曲试验或四点弯瞌 试验、以及剪切试验等”3。拉伸试验虽然设计比较难，但由于可信度高而成为重要构件 的主要测试手段；弯曲试验中，四点弯曲试验比三点弯曲试验舶偏差小，实际应力的解析 结果比较一致，也是一种常用的方法；剪切试验的破坏位置及强度数值都有一定的分散 性，但由于焊后不需要机械加工．试验方法简便易行，也不失为一种常用的强度评价方法。 2实验材料和实验过程 2 5×101膨。基体金属为40Cr钢，其热膨胀系数为12x10 6／K。缓冲层材料为Cu。AgCu 批晶加