原位反應(yīng)生成增強相用于碳-銅連接的研究.pdf

1、碳/銅連接在汽車新型碳換向器的制備及聚變堆中面向等離子體部件的制備均具有潛在的應(yīng)用。碳與 Cu的熱膨脹系數(shù)差異較大，連接后會在接頭中產(chǎn)生較大的殘余熱應(yīng)力。通過設(shè)計焊料組成原位生成增強相是緩解接頭殘余熱應(yīng)力的方法之一。本研究在Cu-50TiH2焊料中添加反應(yīng)粉體形成復(fù)合焊料真空連接石墨/銅，研究原位反應(yīng)生成的增強相對接頭性能和結(jié)構(gòu)的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在Cu-50TiH2中添加反應(yīng)粉體B時，隨著B含量的增加，石墨/銅接

2、頭的剪切強度隨之增加。當(dāng) B含量為15 vol.％時，剪切強度最大，為19.77 MPa，相當(dāng)于母材石墨強度的92％。微觀分析表明，采用(Cu-50TiH2)+15B復(fù)合焊料連接石墨/銅，接頭界面結(jié)合良好，焊料中Ti與B原位反應(yīng)生成 TiB晶須，焊料層主要由 Ti-Cu金屬間化合物、Cu基固溶體及 TiB晶須組成。另外，Ti與石墨發(fā)生界面反應(yīng)，生成較薄的TiC反應(yīng)層。當(dāng)復(fù)合焊料中 B含量增加至20 vol.％時，焊料層中 TiB晶須量減

3、少，而顆粒狀 TiB2的量增多，導(dǎo)致接頭強度下降。⑵在Cu-50TiH2中加入C粉連接石墨/銅時，C粉含量對接頭剪切強度有較大的影響。當(dāng) C粉含量為5 vol.％時，接頭剪切強度為17.98 MPa。微觀分析表明，焊料層主要由Cu基固溶體、金屬間化合物Ti2Cu和 TiCu4以及原位反應(yīng)生成的TiC顆粒組成。在 Cu-50TiH2中添加 SiC粉連接石墨/銅，當(dāng) SiC體積分?jǐn)?shù)為10％時，接頭室溫剪切強度為19.2 MPa。微觀分析表明

4、，連接過程中，焊料中 Ti與 SiC發(fā)生原位反應(yīng)，生成 TiC、Ti5Si3及Ti3SiC2等反應(yīng)產(chǎn)物。⑶在Cu-50TiH2焊料中加入反應(yīng)粉體，連接時原位形成 TiB、TiC、Ti5Si3及 Ti3SiC2等反應(yīng)產(chǎn)物，這些晶須狀和顆粒狀的反應(yīng)產(chǎn)物彌散分布在焊料層中，對接頭起強化作用，有利于接頭強度的提高。同時，由于 Ti3SiC2在高溫下具有塑性，且原位反應(yīng)形成的低熱膨脹系數(shù)增強相可以減小石墨與焊料層的熱膨脹系數(shù)差異，從而在一定程度上