3非金属材料焊接教案-陶瓷.docVIP

第三章 陶瓷的焊接 第一节 陶瓷材料的扩散连接 1、陶瓷扩散连接的主要问题 （1）界面存在很大的热应力：陶瓷与金属的线膨胀系数差别很大，在扩散连接或使用过程中，加热和冷却时必然产生热应力。 （2）容易生成脆性化合物：在陶瓷与金属的物理化学性能差别很大，连接时除存在着键型转换以外，还容易发生各种化学反应，在界面生成各种碳化物、氮化物、硅化物、氧化物以及多元化合物。 3）界面化合物很难进行定量分析：在确定界面化合物时，由于一些氢元素（C、N、B）的定量分析误差较大，需制备多种标准试件进行标定。 （4）缺少数值模拟的基本数据：由于陶瓷和金属钎焊及扩散连接时，界面容易出现多层化合物，这些化合物很薄，对接头性能影响很大。在进行反应相成长规律、应力分布等计算模拟时，由于缺少这些相的数据，给模拟计算带来很大困难。 2、SiC陶瓷的扩散连接 （1）采用Ti中间层扩散连接SiC陶瓷 反应初期：界面生成TiC和Ti5Si3C 反应中期：由于Si和C元素在SiC/Ti5Si3Cx聚集，形成Ti3SiC2相，界面排列SiC/Ti3SiC2/Ti5Si3Cx+ TiC/TiC/Ti反应后期：Ti全部参与反应，界面由Ti3SiC2/TiSi2 （2）采用Nb中间层扩散连接SiC陶瓷 在1116K\30min的扩散连接条件下，界面反应物明显地分为2层，SiC侧的反应层比较厚，界面整齐，而靠近Nb侧的反应层厚度不均匀。 （3）SiC和TiAl的扩散连接 在连接温度T=1573K、连接时间t=1.8ks的条件下，当连接压力较小时，接头强度较低。随着连接压力的增大，接头强度逐渐提高。当连接压力达到p=25MPa时，接头强度达到最大值。 3. AL2O3陶瓷与金属的扩散连接 （1）采用金属中间层扩散连接AL2O3陶瓷 （2） AL2O3陶瓷与Al的扩散连接 由于AL2O3陶瓷和Al的熔点相差太大，因此采用共晶烧结Cu工艺将AL2O3陶瓷表面预先金属化，然后进行扩散连接。 （3） AL2O3陶瓷与Pt的连接 AL2O3陶瓷与Pt直接扩散连接时，除了连接温度对接头性能有影响以外，连接压力也对接头性能产生影响。 4.扩散连接工艺参数的选择 扩散连接参数主要有温度、压力、时间、气氛环境和试件的表面状态，这些因素之间相互影响、相互制约，在选择焊接参数时应综合考虑。 （1）、连接温度 连接温度T越高，扩散系数越大，金属的塑性变形能力越好，连接表面达到紧密接触所需的压力越小。 （2）、扩散连接时间 扩散连接时间t也称保温时间，主要决定原子扩散和界面反应的程度，同时也对所连接金属的蠕变产生影响。从提高生产率考虑，连接时间越短越好。若缩短连接时间，必须相应提高温度和压力。 （3）、连接压力 扩散连接时单位面积上的压力P主要为促使连接表面产生塑性变形及达到紧密接触状态，使界面区原于激活，加速扩散与界面孔洞的弥合及消失，防止扩散孔洞的产生。压力越太，温度越高，紧密接触的面积也越多。 （4）、环境气氛 扩散连接一般在真空、不活性气体(Ar、N2)或大气气氛环境下进行。一般来说，真空扩散连接的接头强度高于在不活性气体和空气中连接的接头强度。 （5）、表面状态 扩散连接材料的表面应光滑平整，一般应先进行机械加工，然后去除加工表面的油、锈及表面氧化物。 a表面粗糙度的影响 几乎所有的焊接件都需要由机械加工制成，不同的机械加工方法，获得的粗糙等级不同。 b表面清理 待连接零件在扩散连接前的加工和存放过程中，被连接表面不可避免地形成氧化物、疆盖着油脂和灰尘等。在连接前需经过脱脂、去除氧化物及气体处理等工艺过程。 (6)、中间层的选择 扩散连接时，中间层材料非常主要，除了能够无限互溶的材料以外。异种材料、陶瓷、金属间化合物等材料多采用中间夹层来进行扩散连接。 中间层的作用 1）改善表面接触，减少扩散连接时的压力 2）可以抑制夹杂物的形成，促使其破碎或分解。 3）改善冶金反应，避免或减少形成脆性金属间化合物和有害的共晶组织。 4）可以降低连接温度，减少扩散连接时间。 中间层的选择 1)容易塑性变形，熔点比母材低。 2)物理化学性能与母材的差异比被连接材料之间的差异小。 3)不与母材产生不良的冶金反应，如不产生脆性相或不希望出现的共晶相。 4)不引起接头的电化学腐蚀。 中间层可采用多种方式添加，如薄金属垫片、非晶态箔片、粉末(对难以制成薄片的脆性材料)和表面镀膜(如蒸镀、PVD、电镀、离子镀、化学镀、喷镀、离子注人等)。 第二节 高纯氧化铝陶瓷材料的焊接 1、氧化铝陶瓷焊接及应用 氧化铝陶瓷因其在高频下具有良好的电器性能,其介质损耗小,比体积电阻大,强度高,热膨胀系数小,且制造成本低廉,现已成为电真空器件中的主要输能窗材料。 氧化铝(Al2O3)材料又分为蓝宝石和氧化铝陶瓷。 蓝宝石具有