《Al2O3陶瓷反應金屬化及其與鋁合金擴散釺焊機理研究》是依託天津大學，由王穎擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Al2O3陶瓷反應金屬化及其與鋁合金擴散釺焊機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王穎
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對Al2O3陶瓷與鋁合金高緻密封接的迫切要求，提出Al2O3陶瓷先反應金屬化再與鋁合金擴散釺焊的新方法。以控制界面結構和降低殘餘應力為切入點，運用細觀力學夾雜理論對反應金屬成分進行設計計算，以實現接頭性質的梯度過渡。深入分析活性元素與陶瓷的反應過程，綜合考慮反應金屬中其他組元的相互作用對界面反應的影響，闡明反應金屬化陶瓷的結合機理，建立反應層成長的動力學方程。建立多元共晶體系擴散釺焊的物理模型，揭示鋁合金溶解量的主控因素。按照Al2O3陶瓷/反應層/中間層/鋁合金的結構形式，模擬計算接頭殘餘應力分布的變化規律。以金屬化外層金屬的厚度與擴散釺焊中間層厚度之間的關係為橋樑，以控制陶瓷側反應層厚度及鋁合金母材溶解量、降低殘餘應力為目標，構建整個連線過程的控制方程組，實現工藝上可控參數的最佳化選擇，獲得高質量接頭。本方法的提出，也為陶瓷與低熔點金屬材料的高緻密封接提供了新的思路。
結題摘要
本項目針對Al2O3陶瓷與鋁合金高緻密封接的迫切要求，提出了Al2O3陶瓷先反應金屬化再與鋁合金擴散釺焊的連線方法，研究接頭形成機理，實現了接頭成型的精確控制，獲得了高質量的Al2O3陶瓷與5A05鋁合金連線結構。 提出了反應金屬的選擇原則及方法。為獲得良好的反應金屬化質量，從材料設計和工藝控制兩方面入手，設計反應金屬成分，考察工藝參數的影響。確定了反應金屬的添加形式為TiH2+AgCu共晶+B混合粉末，形成Al2O3陶瓷/Ti3Cu3O/Ag(s.s)+Cu(s.s)+TiB+Ti-Cu化合物的反應金屬化結構。建立了陶瓷側反應層成長的動力學方程。獲得了工藝上可控參數（如反應金屬成分、添加量，反應金屬化溫度、時間等）與界面反應層及外層金屬厚度之間的關係，為整個連線過程的控制邁出第一步。以5A05/AgCu/5A05為研究體系，建立5A05鋁合金溶解量的數學模型。在共晶溫度附近將Al-Cu-Ag三元體系處理為Al-AgCu偽二元體系。結合Al-Cu-Ag三元相圖，得到了共晶溫度附近Al元素濃度分布。根據擴散定律及物質的連續性方程，分析了5A05母材/AlCuAg液相界面和AlCuAg液相/AgCu中間層界面的移動，建立了5A05鋁合金溶解量與擴散釺焊溫度、保溫時間以及中間層厚度的關係模型。在分析Al2O3陶瓷反應金屬化以及5A05鋁合金擴散釺焊的基礎上，以反應金屬化外層金屬固溶體厚度與擴散釺焊所需中間層厚度之間的關係為橋樑，建立了整個連線過程的控制方程組。採用有限元數值模擬的方法，按照Al2O3陶瓷/反應層/中間層/鋁合金的結構形式建立模型，計算接頭的殘餘應力分布。提出了Al2O3陶瓷與鋁合金高緻密封接過程連線參數的最佳化原則及方法。對於本試驗的結構件，合理的參數為：反應金屬成分12wt.%Ti、2.3wt.%B，反應金屬化溫度880～900℃、反應金屬化時間5～20min，擴散釺焊溫度520～540℃、保溫時間5～30min，實現了Al2O3陶瓷與5A05鋁合金結構件的連線，接頭成型良好。典型界面結構為Al2O3陶瓷/Ti3Cu3O/Al3Ti/α-Al+θ-Al2Cu+ ξ-Ag2Al+TiB/5A05鋁合金。接頭成型良好，漏氣率達到項目預期目標，實現了高緻密封接。本項目的完成也為陶瓷與低熔點金屬材料的高緻密封接提供了新的思路。
