论文部分内容阅读
陶瓷与金属的连接问题已成为当今科研领域的热点。以氧化铝和氧化锆为代表的氧化物陶瓷以其优良的性能而受到广泛的关注,镍同样是工业生产中非常重要的金属材料,实现两者的连接,使两种材料的优缺点互补,具有十分重要的意义。本文采用活性钎焊法完成氧化物陶瓷（Al2O3和ZrO2）和镍的钎焊,并对焊后试样进行电镜观察、能谱分析、X射线衍射分析、剪切强度测试等一系列的分析测试,以确定接头连接机理和最佳工艺参数。研究发现活性钎焊法钎焊Al2O3陶瓷和金属Ni,1000℃以下由于钎料熔化不充分,接头质量较差。温度提升后,接头质量得到改善。钎焊温度超过1020℃,钎料两侧界面出现比较明显的化学反应层和物理润湿层。反应层为活性元素Ti的主要集中区域,Cu与Ti的共存现象说明其也是反应的参与元素,Ag主要集中在焊缝中部。物理润湿层主要是Cu、Ni形成的固溶体,还夹杂有少量金属氧化物。X射线衍射分析结果显示反应层界面的主要产物包括金属间化合物（AlTi、TiAg、AgTi3、CuTi）,Ti的氧化物（TiO、TiO2、Ti3O5）和Cu-Ti-O化合物（Cu2Ti4O、Cu3TiO4）,反应的基础为Ti与Al2O3的氧化还原反应。剪切强度测试结果显示钎焊温度为1020℃时的到的接头剪切强度最大值103MPa,温度过高或过低都会使接头强度下降。ZrO2陶瓷与金属Ni的活性钎焊试验中,比较适合的钎焊温度同样出现在1000℃以上,1020℃以上同样出现比较明显的化学反应层和物理润湿层。由于受到了Zr元素扩散的影响,Ti在陶瓷表面富集现象减弱。相比Al2O3与Ni的接头,Ag、Cu分布状况变化不大。接头反应的主要产物包括金属间化合物（Cu3Ti、Ti3Cu、Ti2Cu3、TiAg）,Ti的氧化物（TiO、TiO2）,Cu-Ti-O化合物（Cu3Ti3O）,另外Ni取代了Cu-Ti-O化合物中的Cu生成了NiTiO3。接头剪切曲线中在1060℃条件下出现峰值124MPa。剪切强度峰值温度升高的原因是Zr阻碍了Ti的扩散,从而延缓了反应的发生。试样剪切试验断裂处发生在反应层表和面陶瓷内部。钎焊接头残余应力模拟结果发现垂直于焊缝的内应力σy是造成断裂的主要原因,σx和τxy有助于加速裂纹的扩展。ZrO2/Ni接头比Al2O3/Ni接头残余应力数值小且分布缓和,因此强度更高。