非晶釬料加Cu中間層釬焊連接Si3N4陶瓷的界面結(jié)構(gòu)調(diào)控.pdf

1、本文采用單輥急冷裝置成功制備了Ti40 Zr25CuB0.2非晶箔帶釬料，并用該釬料直接釬焊和加Cu中間層再釬焊兩種方式分別連接Si3N4陶瓷，研究了Si3N4/TiZrCuB/Si3N4接頭和Si3N4/TiZrCuB/Cu/TiZrCuB/Si3N4接頭的界面組織結(jié)構(gòu)，分析了釬焊工藝參數(shù)對Si3N4/TiZrCuB/Cu/TiZrCuB/Si3N4接頭界面結(jié)構(gòu)的影響，并探討了Si3N4陶瓷/Si3N4陶瓷釬焊接頭界面反應的熱力學和界

2、面反應層生長行為的動力學，在此基礎上建立了釬焊連接參數(shù)選擇模型，并對釬焊接頭的形成機理進行了初步闡述。
　　研究發(fā)現(xiàn)，非晶釬料中的活性元素Ti與Si3N4之間發(fā)生反應形成TiN界面反應層，這是實現(xiàn)兩者之間界面潤濕和最終實現(xiàn)可靠連接的重要條件。Si3N4/TiZrCuB/Si3N4接頭的典型界面結(jié)構(gòu)為Si3N4/TiN/Ti-Si+Zr-Si/Cu-Ti、Cu-Zr、Ti-Si+Zr-Si；Si3N4/TiZrCuB/Cu/TiZr

3、CuB/Si3N4接頭的典型界面結(jié)構(gòu)為Si3N4/TiN(Ti-Si)/Cu-Ti/Cu-Zr、Cu-Ti、α-Cu、Ti-Si+Zr-Si。
　　對于Si3N4/TiZrCuB/Cu/TiZrCuB/Si3N4接頭，通過調(diào)節(jié)釬焊工藝參數(shù)，可以對界面結(jié)構(gòu)進行調(diào)控：隨著釬焊溫度的升高和釬焊保溫時間的延長，界面反應層TiN的平均厚度不斷增加，界面反應層形態(tài)由鋸齒狀轉(zhuǎn)為平直狀，逐漸變得連續(xù)且致密，連接界面處的塊狀Cu-Ti化合物顯著長大

4、，并向釬縫中心遷移，釬縫中心的Zr-Si、Ti-Si化合物由顆粒狀聚集長大呈塊狀；當釬焊溫度和保溫時間一定時，隨著中間層Cu箔的厚度增加，TiN界面反應層的平均厚度不斷減小，Ti-Si化合物層逐漸脫離TiN界面反應層向釬縫中心過渡，形態(tài)由片狀向顆粒狀轉(zhuǎn)化，且尺寸變小，釬縫中心組織逐漸聚集長大，形狀也有所改變，整個釬縫寬度先是變窄后變寬。
　　Si3N4陶瓷/Si3N4陶瓷釬焊接頭界面反應層生長行為的動力學研究表明：界面反應層的生長

5、符合擴散控制的拋物線方程。在1253K時，Si3N4/TiZrCuB/Cu/TiZrCuB/Si3N4接頭TiN界面反應層的生長系數(shù)k p為2.3×10-8m/s1/2。在1253K-1323K的釬焊溫度范圍內(nèi)，該接頭TiN界面反應層的生長激活能Q為424.01kJ/mol。
　　建立了Si3N4/TiZrCuB/Cu/TiZrCuB/Si3N4釬焊連接過程數(shù)學模型，闡述了利用該模型選擇釬焊參數(shù)的方法。在選定的釬焊溫度下，首先根據(jù)