氮化硅陶瓷與鎳基合金釬焊接頭的殘余應(yīng)力研究.pdf

1、本文采用Au-Ni-V活性釬料釬焊連接Si3N4陶瓷與鎳基合金，使用ANSYS有限元軟件模擬計(jì)算了加入不同厚度、不同材料的中間層對(duì)接頭殘余應(yīng)力的影響，并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
　　使用Au-Ni-V釬料直接釬焊Si3N4陶瓷與鎳基合金，釬料對(duì)兩側(cè)母材潤(rùn)濕性良好，但由于熱膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致殘余應(yīng)力過(guò)大，造成接頭在冷卻過(guò)程中發(fā)生斷裂，無(wú)法得到具有良好性能的接頭。通過(guò)掃描電鏡對(duì)接頭組織進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)釬縫主要由三部分組成：陶瓷與釬

2、料界面之間的V2N反應(yīng)層，焊縫中的白色富Au固溶體，以及灰色富Ni固溶體。
　　數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明：軟質(zhì)中間層Ni和Cu依靠其自身的塑性變形，能有效降低接頭中陶瓷部分的殘余應(yīng)力，中間層的屈服強(qiáng)度越低，對(duì)殘余應(yīng)力緩解的作用越明顯。隨著中間層厚度的增加，接頭殘余應(yīng)力先減小后增大，存在最佳中間層厚度配比。硬質(zhì)中間層W通過(guò)對(duì)殘余應(yīng)力的分擔(dān)和轉(zhuǎn)移來(lái)降低陶瓷上的殘留應(yīng)力值，殘余應(yīng)力隨中間層厚度的增加不斷減小。對(duì)于Cu和W組成的雙層復(fù)合中間層

3、，在Cu靠近陶瓷一側(cè)時(shí)接頭殘余應(yīng)力較低，而當(dāng)W靠近陶瓷一側(cè)時(shí)對(duì)殘余應(yīng)力緩解效果較差。
　　在不同的釬焊工藝條件下，對(duì)加入單層中間層接頭的組織觀察結(jié)果表明：Mo和Ni中間層的加入，降低了釬料對(duì)母材的潤(rùn)濕性，使得接頭的連接性能惡化，導(dǎo)致接頭性能降低；而加入W和Cu中間層時(shí)，由于其與釬料的交互作用較弱，不影響釬料對(duì)母材的連接性能，因此可以得到性能相對(duì)較高的接頭。
　　接頭性能測(cè)試的結(jié)果表明：在保證釬料對(duì)陶瓷母材潤(rùn)濕性的前提下，采用