【摘 要】
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硅颗粒增强的铝基复合材料是一种新型的复合材料,具有轻质、低膨胀、高导热、环保利于回收等优点,在航空、航天、电子封装等领域具有广阔的应用前景。这种材料一般硅颗粒所占
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硅颗粒增强的铝基复合材料是一种新型的复合材料,具有轻质、低膨胀、高导热、环保利于回收等优点,在航空、航天、电子封装等领域具有广阔的应用前景。这种材料一般硅颗粒所占比分较高,一旦熔化,熔池含硅量很高,凝固后往往存在大量的缩孔,组织为十分粗大的板条状硅。大大恶化了性能,失去了应用价值。本文利用激光填丝钎焊工艺,含硅量为12%的4047铝硅药芯焊丝作为填充材料,对硅颗粒增强铝基复合材料的焊接特性进行了系统的研究。首先确立了对激光钎焊工艺尤为重要的光斑类型、坡口形式两个工艺条件,从表面成型和组织形态均匀性两方面考虑,试验研究了各工艺参数对成形和组织的影响,获得了优化的工艺参数,得到了表面平滑稳定、焊缝中含有大量增强相的接头。焊缝的组成元素只有铝和硅,而铝硅之间没有直接的冶金反应,组织组成即为简单的初晶硅和共晶组织。因此焊接过程中硅的溶解扩散对其结晶行为和组织结构影响重大。本文在分析硅的溶解、扩散、结晶行为的基础上,研究了不同工艺条件下焊缝不同部位硅元素的分布、存在形式与结构特征。结果发现,焊缝中的硅主要有两种存在形态,即初晶硅和共晶硅。初晶硅为颗粒状,弥散的分布在焊缝中,共晶硅在不同的位置表现出不同的形貌,界面处为细长的针状树枝晶,在焊缝中心呈现细小的短棒状。研究后发现,这种短棒状的共晶硅是以共晶团的方式长大的。最后,为改善初晶硅的尖角和针状共晶硅的形貌,避免其尖角割裂基体并使得焊缝组织均匀,获得热膨胀系数等物理性能的各向同性。提出进行热处理,结果发现在合适的热处理工艺下(T=550°C、t=8h、随炉冷却)针状的还有短棒状的共晶硅都破碎聚集成颗粒状,初生硅的尖角也得到了钝化,焊缝组织变得均匀。
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