陶瓷组装部件的先进钎焊技术.pptVIP

先进焊接与连接国家重点实验室 State Key Lab of Advanced Welding and Joining 陶瓷组装部件的先进钎焊技术 先进焊接与连接国家重点实验室 State Key Lab of Advanced Welding and Joining 1. 简介 陶瓷应用：切削刀具、耐磨部件、电子设备、能量转换和能源生产系统部件、传感器，以及生物材料在应用过程中所有这些零件需要与其他部件或构件连接到一起形成一个整体，而实现这些设计则需要依靠合适的连接方法。 陶瓷连接方法：机械连接技术、预陶瓷化的高分子连接、软钎焊/硬钎焊、扩散焊，以及玻璃-金属密封方法。也有其他具有特定用途的方法，如摩擦焊、微波连接、超声波焊接和粘接 陶瓷连接方法的选择：通常根据母材的特性，接头的需求（服役温度、强度、腐蚀等）、实施的简易程度，以及功能性来选择合适的方法。 钎焊：可以对复杂形状的几何体进行低成本、大规模的连接，并且可以定制以实现部件的批量生产 先进焊接与连接国家重点实验室 State Key Lab of Advanced Welding and Joining 应用 连接部件1：陶瓷 连接部件2：金属或陶瓷 实例 汽车部件 Si3N4，Al2O3，ZrO2 Kovar，Mo，钢，Si3N4，Al2O3，ZrO2 涡轮增压器 高科技结构陶瓷 B4C，SiC Ti，Cu. Ni合金，金属基复合材料（Al，Ti基MMC） 军用装甲 磨具 金刚石，cBN，Si3N4＋TiN WC TiCN，TiC，TiN 钢，TiCN，TiC，TiN 磨具，钻具，锯，切削刀具 耐高温接头 SiC，Si3N4 高温合金（Incoloy），C/C复合材料 燃气轮机部件：导气喷嘴；热核反应堆（ITER）：与等离子接触的部件 生物医学 Al2O3，ZrO2 YSZ Ti合金 假肢，其中密封对于可植入医疗装置十分重要 真空密封 Al2O3 Ti合金，钢，Cu-Au-Ni-Ti ToF质谱仪种子发生器 电力电子应用 AlN Cu 大功率高频导体 电子封装/微电子 AlN，BeO Cu，Si（晶片） 散热电子部件：激光二极管，基底多芯片，多芯片组件封装微通道应用，应变仪，向下LWD Al2O3 Kovar（Fe，Ni）Ti合金，Inconel和hastelloy合金 微机电系统 Si3N4 具有Ti-Cu，Ti-Ni及Ti-Cu-Ni多层薄复合层的Inconel 718 ? 能源 YSZ 钢 固体氧化物燃料电池 钎焊技术在陶瓷设备和部件中的应用 先进焊接与连接国家重点实验室 State Key Lab of Advanced Welding and Joining 2. 润湿性、残余应力和接头可靠性 润湿不良 润湿良好 钎料与陶瓷的润湿性：陶瓷钎焊依赖于填充金属或合金对陶瓷表面润湿的能力，而这种润湿能力常常被陶瓷自身的共价键合和低表面能所抑制。 改善钎料与陶瓷的润湿性的方式： (1)陶瓷表面改性或(2)钎料自身改性 陶瓷表面改性：表面处理包括金属化（例如电子和电气工业中广泛采用的钼-锰法），金属镀层，以及金属氢化物处理； 钎料改性：而对钎料的改性通常采用活性金属钎焊法。镍、银、铜和铬的镀层被用于提高陶瓷表面润湿性，而sodium process或Ti涂层则用于改善Al2O3与液态金属的润湿性。 先进焊接与连接国家重点实验室 State Key Lab of Advanced Welding and Joining 线膨胀系数 通过添加颗粒来改变钎料的物理特性 2. 润湿性、残余应力和接头可靠性 活性钎焊法（一步法）：其定义为在钎焊过程中使用含有活性元素的钎料，活性元素通过形成中间反应层改变陶瓷表面化学性质，从而降低了熔融钎料在陶瓷表面的润湿角。常用的活性元素包括Ti、Zr、Hf、V和Al。 残余应力的缓解：使用中间层（韧性金属层或与待连接的陶瓷热膨胀系数相近的中间层）（多种加工步骤），或者使用先进的复合钎料（一步式）。 复合钎料法的优势：对大间隙钎焊有明显的优势。复合钎料的理念可以改善接头的可靠性，提高较高温度下的强度，从而提高接头的服役温度。 先进焊接与连接国家重点实验室 State Key Lab of Advanced Welding and Joining 3. 接头设计 活性元素控制润湿行为，影响接头强度 先进焊接与连接国家重点实验室 State Key Lab of Advanced Welding and Joining 3. 接头设计 对比了Incusil 15（Ag61.5Cu23.5In15）和Incusil-ABA（Ag59Cu27In12Ti1.25）的应力-应变特征 活性元素显著改变钎料的热力性能，对缓解接头应力的