反应空气钎焊氧化铝陶瓷的微观结构及界面反应

采用Ag-CuO基钎料在空气炉中对氧化铝陶瓷进行钎焊连接。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对钎焊接头的微观组织形貌、特征点的成分和界面反应产物等进行了分析研究。结果表明,采用Ag-CuO基钎料可以实现Al_2O_3陶瓷在空气中的直接钎焊连接。Al_2O_3陶瓷的接合为元素的扩散和界面反应的综合结果,界面反应产生的新相主要为Cu、Al、O组成的化合物。

ZrO_2陶瓷与310S不锈钢反应空气钎焊接头的组织与性能

在钎焊温度1 050℃,保温时间15 min的工艺条件下,采用的Ag-n(CuO)x(x=2%,4%,6%,8%)钎料对ZrO_2陶瓷与310S不锈钢进行反应空气钎焊连接。利用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)及X射线衍射仪(XRD)对接头的界面组织和钎焊机理进行了研究,分析了CuO含量对接头组织和力学性能的影响。结果表明:Ag-CuO钎料在空气气氛下可以实现ZrO_2陶瓷和310S不锈钢的钎焊,ZrO_2陶瓷与钎料没有发生反应,310S不锈钢与钎料反应在界面处生成了复合氧化物反应层。随着钎料中CuO含量的升高,ZrO_2陶瓷侧的组织没有明显的变化,310S不锈钢侧的复合氧化物反应层逐渐增厚,接头强度则随着CuO含量的增加先提高后降低,在钎料中n(CuO)为4%时,接头抗剪强度达到最大值为69 MPa。

Ag-CuO-NiO-LiAlSiO_(4)复合钎料空气反应钎焊GH3128/Al_(2)O_(3)接头组织及性能

以Ag-CuO-NiO-LiAlSiO_(4)复合钎料对GH3128高温合金与Al_(2)O_(3)陶瓷进行空气反应钎焊(RAB)连接,研究了NiO和LiAlSiO_(4)添加量对钎焊接头显微结构和力学性能的影响,分析了接头的界面微观结构及其形成机制。结果表明,钎焊过程中,GH3128合金表面生成了包括CuCrO_(4)内氧化层和NiO外氧化层的复合氧化反应层,Al_(2)O_(3)陶瓷表面生成了以CuAl_(2)O_(4)为主要成分的界面层。NiO的添加明显改善了复合钎料在合金侧的润湿性,而锂霞石(LiAlSiO_(4))的添加减小了钎缝与母材间的热失配,极大地改善了键合接头的连接性能。最终,使用含0.3%NiO(质量分数)和4%LiAlSiO_(4)(质量分数)的Ag-10%CuO复合钎料钎焊GH3128合金和Al_(2)O_(3)陶瓷,获得了61.8 MPa的最大剪切强度。此时,接头界面结构为GH3128/CuCrO_(4)+CrNi3+NiO+CuO/Ag+CuO+LiAlSiO_(4)/CuAl_(2)O_(4)/Al_(2)O_(3)。

陶瓷空气反应钎焊研究综述

高温电化学装置技术优势明显,市场潜力巨大,其特殊的服役环境对钎焊接头提出了更高要求,空气反应钎焊连接方法应运而生。综述了目前常用于RAB连接的钎料种类和已成功实现RAB连接的陶瓷/金属体系,并对相关接头界面组织和综合性能进行了分析。迄今为止,Ag-Cu O钎料使用最广。利用空气反应钎焊方法能够成功实现氧化物、钙钛矿陶瓷自身及其与部分耐高温不锈钢的可靠连接,结合界面成形良好,接头性能稳定。常用于RAB连接的氧化物陶瓷以YSZ和Al_2O_3为代表,LSCF/BSCF/BCFN/BCFZ等典型钙钛矿陶瓷也可利用RAB进行连接。Crofer22 APU,AISI310S和AISI314等耐高温不锈钢与上述钙钛矿陶瓷进行RAB连接后,接头的力学性能、抗氧化能力和气密性均能满足使用需求。在此基础上,对空气反应钎焊的连接特性与研究现状进行了总结。最后,对其发展前景和未来研究方向进行了展望。

Ag-CuO-Al2O3复合钎料空气反应钎焊SOFC及服役性能

选用纳米Al2O3颗粒作为增强相,成功开发了Ag-CuO-Al2O3复合钎料,并将其应用于空气反应钎焊固体氧化物燃料电池(SOFC)组件.对复合钎料的空气反应钎焊工艺进行研究,在1050℃/30 min工艺条件下实现了SOFC电池片与铝化不锈钢连接体的无缺陷连接,分析了接头两侧界面连接特征以及纳米Al2O3增强相在连接过程中的演化行为.对焊后接头进行高温服役性能测试,探究了接头组织和性能在高温氧化(空气)和还原(H2-50H2O-N2)气氛中的演化规律.结果表明,铝化不锈钢的Al2O3保护层对不锈钢基体起到了良好的保护作用,避免了不锈钢基体在连接以及高温服役过程中的性能衰减,在确保接头组织稳定性中发挥了关键作用.系统分析了高温服役过程对接头气密性的影响,综合评定了Ag-CuO-Al2O3复合钎料空气反应钎焊SOFC组件的适用性.

BaCe_(0.7)Zr_(0.1)Y_(0.1)Yb_(0.1)O_(3-δ)质子导电陶瓷与不锈钢的空气反应钎焊分析

针对质子陶瓷燃料电池堆中BaCe_(0.7)Zr_(0.1)Y_(0.1)Yb_(0.1)O_(3-δ)(BCZYYb)质子导电陶瓷与Crofer22APU不锈钢的连接难题展开研究,探究了Ag-CuO钎料在BCZYYb陶瓷表面的润湿性能,分析了CuO与陶瓷反应对钎料润湿的驱动作用.研究了Ag-CuO钎料的空气反应钎焊工艺,在1010℃/20 min工艺条件下实现了质子导电陶瓷与不锈钢的无缺陷连接,分析了接头两侧界面连接特性以及接头元素分布规律.结果表明,CuO与陶瓷基体中BaO的反应促进了钎料润湿,钎料扩散进入陶瓷基体形成了较厚的渗透层,CuO与不锈钢保护层(Mn,Co)_(3)O_(4)的反应促进了保护层致密化,保护层在连接过程对不锈钢基体起到了良好的保护作用.系统分析了CuO含量对接头组织与性能的影响规律,采用Ag-CuO(2%,质量分数)钎料获得了最高接头剪切强度(21.6 MPa),综合评定了钎缝两侧界面反应对接头性能的影响.

AgCu28-B_(2)O_(3)钎料空气反应钎焊连接Al_(2)O_(3)陶瓷工艺及机理研究

为了以低成本获得性能良好的Al_(2)O_(3)陶瓷连接接头,开发AgCu28-20B_(2)O_(3)钎料,将其应用于空气反应钎焊连接Al_(2)O_(3)陶瓷。B_(2)O_(3)可以有效改善AgCu28钎料对Al_(2)O_(3)陶瓷表面的润湿性。钎焊过程中Cu粉被氧化成CuO,并进一步与Al_(2)O_(3)、B_(2)O_(3)发生反应,生成Cu_(2)Al_(6)B_(4)O_(17)晶须,进而获得性能优异的可靠接头。当保温时间为60min,连接温度高于950℃时,可以实现Al_(2)O_(3)陶瓷接头的有效连接,钎缝中心区主要为Ag,靠近界面处为CuO与Cu3B2O6的混合相及棒状Cu_(2)Al_(6)B_(4)O_(17)晶须,接头抗剪强度随温度升高而升高。当连接温度高于1100℃后,晶须在高温下分解成无定型颗粒状产物,接头抗剪强度下降。最佳工艺参数为T=1050℃,t=60min,接头的抗剪强度达到了70.9MPa,断裂发生在焊缝中靠近Al_(2)O_(3)母材处。开发一种用于Al_(2)O_(3)连接的复合钎料,并在接头中合成了新型硼酸铜铝晶须,提高了接头的性能。

Ag-CuO钎料空气反应钎焊AlN陶瓷接头组织及性能

采用Ag-Cu O钎料实现了Al N陶瓷与自身的空气反应钎焊。研究了Cu O含量、钎焊温度和预氧化温度对界面组织及力学性能的影响规律,分析了连接机理。当钎料成分为Ag-6 mol%Cu O,在1000℃/5 min的钎焊参数下,Al N/Ag-Cu O/Al N接头可获得最高的抗剪切强度为13.9 MPa。采用SEM、EDS及XRD对其接头界面显微组织、断口形貌及成分进行了分析。典型接头界面组织结构为Al N/Cu Al2O4/Cu O/Al N+Ag+Cu O/Cu O/Cu Al2O4/Al N。然而,在该条件下无法获得无缺陷的接头。为了降低残余热应力获得无缺陷的接头,对Al N陶瓷采用预氧化处理,在Al N陶瓷表面形成一层Al2O3层。当预氧化参数为1 000℃/5 h时,Al N陶瓷表面的Al2O3层厚度约为10μm。采用成分为Ag-6 mol%Cu O的钎料,在1 000℃/5min的钎焊参数下,对预氧化后的Al N陶瓷进行连接,获得了无缺陷的接头,接头典型界面显微组织为Al N/Al2O3/Cu Al2O4/Cu O/Ag+Al2O3/Cu O/Cu Al2O4/Al2O3/Al N。接头的抗剪切强度最高为22.6 MPa,与未氧化的Al N陶瓷接头相比提升了62.6%。接头进行抗剪切测试时,断面主要出现在Al N陶瓷母材。

空气反应钎焊ZrO_(2)与GH3536接头组织与力学性能

采用Al_(2)O_(5)颗粒增强的Ag-CuO-Al_(2)O_(5)复合钎料,在钎焊温度为1050℃保温30 min工艺参数下,对ZrO_(2)陶瓷与GH3536合金进行了空气反应钎焊(RAB),分析了钎焊接头的界面结构及其形成机制;同时研究了接头在800℃氧化不同时间的组织演变规律及其对连接性能的影响。结果表明,钎焊过程中Al_(2)O_(5)颗粒分解产生Al_(2)O_(5)和TiO_(2),TiO_(2)与ZrO_(2)陶瓷反应生成ZrTiO_(4)相。GH3536侧金属元素发生氧化形成尖晶石层,并分别与钎缝中的Al_(2)O_(5)、CuO反应,在钎缝中生成细密分布的NiAl_(2)O_(5)相及紧邻尖晶石层的团块状NiCuO_(2)相。ZrO_(2)/GH3536接头高温800℃氧化1000 h后,钎缝中NiAl_(2)O_(5)呈团块状分布,Cr;O;薄层保持稳定;尖晶石层内部元素均匀化,厚度有明显增加。接头强度随着氧化时间的延长先降低后稳定在20 MPa以上。

Ag-CuO-B_(2)O_(3)钎料空气反应钎焊连接Al_(2)O_(3)陶瓷机理

以Ag-CuO-B_(2)O_(3)为钎料,采用空气反应钎焊法连接了Al_(2)O_(3)陶瓷,在接头中合成了新型Cu_(2)Al_(6)B_(4)O_(17)晶须。研究了连接温度与保温时间对接头显微结构、性能以及生成的晶须结构的影响。结果表明:钎焊过程中,Al_(2)O_(3)与钎料中的CuO、B_(2)O_(3)发生反应生成Cu_(2)Al_(6)B_(4)O_(17)晶须,获得性能优异的可靠接头。保温时间为60 min、连接温度高于950℃时,可以实现Al_(2)O_(3)陶瓷接头的有效连接,钎缝中心区主要为Ag,靠近连接界面处为CuO、Cu_(3)B_(2)O_(6)相及Cu_(2)Al_(6)B_(4)O_(17)晶须。随着连接温度的升高,接头的抗剪强度升高。连接温度高于1 050℃后,晶须变得粗大,出现黏接,对接头的强化效果减弱,接头的抗剪强度降低。连接温度高于1 100℃后,晶须分解为片层状产物,接头的抗剪强度大幅降低。最佳工艺参数为在1 000℃条件下保温60 min,接头的抗剪强度可达86.7 MPa,断裂发生在焊缝中靠近母材处。