Al2O3陶瓷与奥氏体不锈钢真空钎焊接头抗裂性研究

摘要

Al2O3陶瓷/304不锈钢异种连接构件结合了陶瓷强度高、耐高温、绝缘性好和金属塑性好的特点，在现代航天航空和电子领域有着广阔的应用前景；但两种材料有着较大的物理和化学性质差异，使得其钎焊连接时存在着润湿性差和接头易出现裂纹的问题，特别在较大尺寸的陶瓷/金属焊件中开裂更为严重，严重限制了陶瓷与金属复合构件的应用和推广。
　　本文针对Al2O3陶瓷/304不锈钢钎焊接头裂纹的问题，选用Ag-Cu-Ti钎料对Al2O3陶瓷与304不锈钢进行钎焊连接，对钎焊接头裂纹的开裂路径进行了分析，并通过EDS、XRD确定了钎焊接头的界面反应产物，并研究了工艺参数对接头微观组织和裂纹的影响，最后采用添加Mo片的方法来降低接头应力，并研究了中间层对接头组织与裂纹的影响，成功消除了Al2O3陶瓷与304不锈钢钎焊接头的裂纹，分析了Al2O3陶瓷/304不锈钢接头的连接机理，研究结果表明：
　　在钎缝成形良好的前提下，Al2O3陶瓷/304不锈钢钎焊接头均发生开裂现象。接头裂纹表现一般为两种方式：陶瓷开裂，混合开裂。当钎焊温度较高（850℃以上）、保温时间较长（20min以上）、冷却速度较快（5℃/min）时，接头处有较大的热应力，陶瓷先出现裂纹，随后裂纹在应力作用下沿陶瓷扩展。当钎焊温度在810℃-830℃范围内、保温时间5-20min时，接头处热应力相对较小，此时接头受到界面结构的影响更为明显，当接头钎缝中出现大量高脆性的金属间化合物时，裂纹首先在钎缝中产生，随后裂纹偏折进入陶瓷中扩展。
　　钎焊连接A12O3陶瓷与304不锈钢所得接头的结构为：A12O3陶瓷/TiO+Ti3Al/Ag(s,s)+Cu(s,s)+Fe2Ti/304不锈钢。随着钎焊温度升高、保温时间延长或钎料层增厚，接头中Fe2Ti金属间化合物数量增加、尺寸增大，陶瓷侧界面反应层增厚，接头裂纹也越严重。通过在600℃保温30min的随炉热处理工艺可以有效改善接头裂纹情况，缓解接头应力，但并不能消除裂纹，热处理工艺对接头组织无明显影响。降低冷却速度能一定程度上抑制接头裂纹，但并不能消除；且随着冷却速度的降低，接头中金属间化合物量增加，陶瓷侧反应层增厚。
　　中间层Mo的加入降低了接头热应力。随着中间层Mo厚度的增加，接头裂纹得到进一步抑制。在钎焊温度820℃保温10min、中间层Mo0.2mm时，钎焊接头没有出现裂纹；添加Mo片后能一定程度上阻碍不锈钢中的Fe元素向陶瓷侧的扩散，在不锈钢侧的钎缝中出现大量Fe2Ti金属间化合物聚集现象，在陶瓷侧的钎缝中只出现少量Fe2Ti金属间化合物颗粒。Mo片的厚度变化并没有对接头组织产生重大影响。

目录

第1章 绪论

1.1 选题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

第2章 试验材料及方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备

2.3 试验方法

第3章 Al2O3陶瓷/304不锈钢钎焊接头成形及裂纹

3.1 钎焊接头焊缝成形

3.2 钎焊接头裂纹分析

3.3 Al2O3陶瓷/Al2O3陶瓷钎焊试验

3.4本章小结

第4章 Al2O3陶瓷/304不锈钢钎焊接头组织及连接机理

4.1 Al2O3陶瓷/304不锈钢接头组织分析

4.2 工艺参数对钎焊接头组织与裂纹的影响

4.3 Mo中间层对Al2O3陶瓷/304不锈钢接头组织和裂纹的影响

4.4 Al2O3陶瓷/304不锈钢接头的连接机理

4.5 本章小结

第5章 结论

参考文献

硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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