使用功能梯度釺料連線氮化矽與耐熱鋼的機理研究

《使用功能梯度釺料連線氮化矽與耐熱鋼的機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由張傑擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：使用功能梯度釺料連線氮化矽與耐熱鋼的機理研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張傑

項目摘要

針對結構陶瓷與金屬連線接頭中，殘餘應力始終是制約接頭性能提高的重要因素，本項目首次提出利用帶有活性的功能梯度材料作為釺料進行陶瓷與鋼連線的設計思想。以殘餘應力最小為原則，進行功能梯度活性釺料的結構設計，研究功能梯度釺料的體系設計、成分梯度、層數、厚度、釺焊工藝參數等因素對Si3N4－耐熱鋼連線接頭的微觀組織、室溫及高溫力學性能、耐熱性、應力場分布的影響規律，探索實現陶瓷－耐熱鋼高品質連線的有效途徑，揭示使用功能梯度活性釺料連線陶瓷－鋼的連線機理，建立Si3N4陶瓷－FGM釺料－耐熱鋼接頭應力場模型，探索有效降低接頭殘餘應力的措施，為豐富和發展陶瓷－金屬連線理論奠定基礎。

結題摘要

氮化矽陶瓷是一種常用的結構陶瓷，研究該類陶瓷的連線具有重要的理論意義和實用價值。本研究通過向Ag-Cu-Ti釺料中添加一定體積分數的低熱膨脹係數金屬或陶瓷顆粒（SiC、Mo、WC和TiN）構成複合釺料，以降低釺料的熱膨脹係數，達到降低接頭內部的殘餘應力水平，提高接頭的性能的目的。研究發現，無論向Ag-Ci-Ti釺料中添加上述何種顆粒，均提高了接頭的力學性能。DIC研究表明，添加顆粒後引起接頭內巨觀殘餘應力水平的降低；釺料層內發生早期的塑性變形導致微觀殘餘應力水平的下降；顆粒的增強效應共同作用，是接頭的性能提高的原因。 　　當採用Ag-Cu-Ti+SiCp複合釺料連線Si3N4陶瓷時，當釺料成分為(Ag72Cu28)92Ti8+5vol.%SiCp，在900℃保溫10min條件下，接頭達到最高三點彎曲強度506.3MPa。釺縫內Ti與SiCp的反應逐步進行，先生成Ti3SiC2和Ti5Si3；當SiCp完全分解後，Ti3SiC2繼續與Ti反應生成TiC和Ti5Si3。　　使用Ag-Cu-Ti+Mo複合釺料連線Si3N4陶瓷時，Ag基和Cu基固溶體組織構成釺縫的主體組織，在兩類固溶體上彌散分布著Mo顆粒及Ti-Cu金屬間化合物。採用Ag-Cu-Ti+Mo複合釺料連線Si3N4陶瓷和42CrMo鋼，發現當釺料內Mo含量為10vol.%，Ti含量為4wt.%時，得到了最高的接頭連線強度587.3MPa，是採用合金釺料連線接頭性能的5.1倍。 採用Ag-Cu-Ti+TiNp複合釺料釺焊Si3N4陶瓷和42CrMo鋼，接頭的四點彎曲強度隨複合釺料中TiNp體積分數的增加先增加後降低。使用(Ag72Cu28)96Ti4 +5vol.%TiNp釺料，在900℃保溫5min時，接頭的四點彎曲強度達到最高值376.11MPa，較未添加TiNp的釺焊接頭性能提升了近一倍(187.98MPa)。