Al2O3陶瓷反應(yīng)金屬化及其與紫銅釬焊工藝及機(jī)理研究.pdf

1、Al2O3陶瓷-紫銅復(fù)合構(gòu)件在航空航天、電子工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景。針對(duì)Al2O3陶瓷與紫銅之間的釬焊連接，本文提出了先對(duì)Al2O3陶瓷進(jìn)行反應(yīng)金屬化再與紫銅連接的間接釬焊方法，對(duì)反應(yīng)金屬化機(jī)理進(jìn)行了闡述，并研究了金屬化粉末中Ti含量和釬焊工藝參數(shù)對(duì)Al2O3陶瓷/紫銅接頭微觀組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。將金屬化粉末作為活性釬料對(duì)Al2O3陶瓷與紫銅進(jìn)行直接釬焊，并對(duì)比了兩種釬焊方法對(duì)釬縫組織、接頭性能和紫銅母材的影響。綜合分析了接頭的

2、斷裂位置，抗剪強(qiáng)度和接頭組織之間的相互聯(lián)系。
　　采用機(jī)械球磨的方式制備Sn0.3Ag0.7Cu-x％Ti(wt.%, x=2,4,6,8)金屬化粉末，其熔化區(qū)間為219℃-231℃，機(jī)械球磨過程未導(dǎo)致金屬化粉末發(fā)生機(jī)械冶金反應(yīng)。在900℃/30min條件下對(duì)Al2O3陶瓷進(jìn)行反應(yīng)金屬化，在Al2O3陶瓷表面得到了結(jié)合良好且包括β-Sn基體和Ti6Sn5相的金屬化層，其中Ti6Sn5相隨著Ti含量的增加而增加。金屬化層/Al2O3

3、陶瓷界面生成了TiO反應(yīng)層。
　　利用Sn0.3Ag0.7Cu釬料在580℃-660℃實(shí)現(xiàn)了金屬化的Al2O3陶瓷與紫銅的連接。接頭典型界面結(jié)構(gòu)為：Cu/Cu3Sn/Cu6Sn5/β-Sn(Ti6Sn5+Al2O3陶瓷顆粒)/Al2O3陶瓷。釬焊工藝參數(shù)對(duì)接頭的界面結(jié)構(gòu)和抗剪強(qiáng)度有著較大的影響，隨著釬焊溫度升高或者保溫時(shí)間延長(zhǎng)，紫銅中Cu元素向釬縫中的溶解量增多，釬縫中形成越來越多的Cu-Sn化合物。當(dāng)620℃/5min時(shí)，接頭獲

4、得最大抗剪強(qiáng)度值32MPa，斷裂發(fā)生于Cu6Sn5和β-Sn層。當(dāng)釬焊參數(shù)超過最佳釬焊工藝(620℃/5min)時(shí)，釬縫中出現(xiàn)柯肯達(dá)爾空洞，導(dǎo)致接頭抗剪強(qiáng)度急劇下降。
　　將金屬化粉末作為活性釬料在900℃/10min條件下實(shí)現(xiàn)了Al2O3陶瓷與紫銅直接釬焊，接頭的典型組織包括：Cu(s,s)、富 Cu相和Ti2Cu相，Al2O3陶瓷側(cè)生成含有TiO和TiO2的反應(yīng)層。隨著Ti含量的增加，釬料與Al2O3陶瓷之間的反應(yīng)越充分，接頭