Progress in Joining Ceramics to Metals

The research and development of joining methods of ceramics to metals, especially brazing, diffusion bonding and partial transition liquid phase bonding, were introduced. Some opinions were put forward. For new composites emerging, it is necessary to develop new joining methods, particularly in the field of high temperature technique for joining ceramics to superalloys.

Microstructure and properties of an Al–Ti–Cu–Si brazing alloy for SiC–metal joining

An Al–Ti–Cu–Si solid–liquid dual-phase alloy that exhibits good wettability and appropriate interfacial reaction with SiC at 500–600°C was designed for SiC–metal joining. The microstructure, phases, differential thermal curves, and high-temperature wetting behavior of the alloy were analyzed using scanning electron microscopy, X-ray diffraction analysis, differential scanning calorimetry, and the sessile drop method. The experimental results show that the 76.5Al–8.5Ti–5Cu–10Si alloy is mainly composed of Al–Al2Cu and Al–Si hypoeutectic low-melting-point microstructures (493–586°C) and the high-melting-point intermetallic compound AlTiSi (840°C). The contact angle, determined by high-temperature wetting experiments, is approximately 54°. Furthermore, the wetting interface is smooth and contains no obvious defects. Metallurgical bonding at the interface is attributable to the reaction between Al and Si in the alloy and ceramic, respectively. The formation of the brittle Al4C3phase at the interface is suppressed by the addition of 10wt% Si to the alloy. © 2017, University of Science and Technology Beijing and Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

铋酸盐封接玻璃的研究及其连接应用现状

无铅低温封接玻璃由于具有绿色安全、成本低、封接温度低等优势,被广泛应用于航空航天、电真空、集成电路等领域。在磷酸盐、钒酸盐、硼酸盐和铋酸盐等多种封接玻璃体系中,因铋与铅具有相似的性质特点,使得铋酸盐玻璃成为最有可能替代铅酸盐玻璃的绿色玻璃钎料。综述了铋酸盐玻璃的成分和性能调控、网络结构的研究现状,介绍了目前使用铋酸盐封接玻璃进行金属、陶瓷同质/异质材料连接的研究进展,最后对未来的发展趋势进行了展望。

双功能梯度石墨烯片增强金属-陶瓷基圆柱壳的行波振动分析

采用Halpin-Tsai微观力学模型和传递矩阵方法,开展了旋转态双功能梯度石墨烯片增强复合材料圆柱壳体的行波振动特性研究。描述了金属-陶瓷功能梯度基体和5种石墨烯片分布模式的材料属性,基于Love壳理论和传递矩阵方法,考虑转速影响推导了任一截面状态向量的常微分方程和整体传递矩阵关系。以固支-自由(悬臂)边界条件为主,对动力学微分方程进行求解计算,验证了分析方法的合理性。结果表明:低阶模态以轴向半波数为1和周向模态的振动为主,转速引起的科氏力使行波曲线出现分离现象;行波频率随着石墨烯质量分数的增加而增大,分布模式对振型顺序的影响较小,基体体积分数指数对振动特性的影响较大,而石墨烯片层数对振动特性的影响很小,不同倍频激励对共振特性的影响不同。

金属基陶瓷复合相变储能材料的研究进展

与有机和无机相变材料相比,金属相变材料表现出较高的导热性和单位体积的储热能力,在储热系统和温度控制方面具有独特的优势。但是长期处于高温工作环境中的,金属相变材料存在渗漏、腐蚀、体积变化等问题。耐高温的多孔陶瓷材料可通过毛细管力,很好地封控住熔融的金属相变材料,还可以提高导热率,并改善一定的机械性能,因此金属基陶瓷复合材料展现了良好的发展前景。

金属添加剂对SHS陶瓷内衬复合管微观结构与界面连接的影响

基于重力分离SHS法制备陶瓷内衬复合管,以(CrO3+Al)为燃烧体系,通过添加并调整(TiO2+Al+C)子体系与Ni金属添加剂之间的成分比例,合成出具有钢基体、中间过渡合金层与内衬陶瓷三层结构的复合管。研究金属添加剂Ni对燃烧行为、碳化物颗粒原位合成与分布、陶瓷/金属微连接及复合管力学性能的影响。研究发现,随着Ni添加量增多与(TiO2+Al+C)含量降低,反应体系的绝热燃烧温度与燃烧速率上升,Ni的添加与熔化促进反应中亚化学计量比的富Ti碳化物形成,同时也因液相传质促进该碳化物溶解于金属熔体中,并经结晶形成呈梯度分布于中间过渡合金层上的富Ti碳化物。经对复合管力学性能测试与SEM观察,发现添加适量的Ni粉,可以控制中间过渡合金层中碳化物的体积分数与分布,有利于内衬陶瓷层、中间过渡合金层与钢基体之间的连接,从而使复合管径向压溃强度与抗剪强度提高。

Al及其合金作钎料或中间层连接陶瓷—金属

综述了Al及其一些合金对陶瓷的润湿性,以及用Al及其合金连接陶瓷—金属的各种影响因素。阐述了用Al及其合金连接陶瓷-金属要解决的主要问题是预防连接过程中Al的氧化和如何提高接头的高温性能。

用Zr/Nb复合中间层连接SiC陶瓷与Ni基高温合金

采用Zr/Nb耐高温复合中间层 ,通过真空压力扩散焊连接SiC陶瓷和Ni基高温合金 (GH12 8) .研究了连接温度、连接压力和高温保温时间对试样连接强度的影响 .通过正交优选实验 ,确定出最佳工艺参数 :10 70℃ ,2 0min ,11.5MPa ,并根据此工艺制取了完整的陶瓷 /金属连接件 ,其抗弯强度达到了陶瓷母材强度的 5 2 % .微观结构研究表明 ,在界面处发生了元素的互扩散 ,生成了反应扩散层 ,实现了良好的冶金结合 ;同时 ,由于SiC陶瓷中存在开孔 ,从而中间层金属通过塑性流动进入空隙 。

非氧化物陶瓷连接技术的进展

非氧化物陶瓷作为高温结构材料其应用前景非常广阔 ,但非氧化物陶瓷自身及其与金属的连接问题制约了它的工程使用 .与氧化物陶瓷连接相比 ,非氧化物陶瓷的连接目前基本上处于基础性研究和实验室研究阶段 .本文概述了近些年用于非氧化物陶瓷连接的几种方法及其工艺特点 ,其中包括 :活性金属钎焊法、热压扩散连接法、过渡液相连接法、反应成形连接法、自蔓延高温合成 (SHS)焊接法、热压反应烧结连接法和直接敷铜 (DBC)

SiC陶瓷与GH128镍基高温合金反应连接研究

采用 Fe-Ni(重量比为 65∶ 3 5)金属粉末焊料 ,利用 Gleeble1 50 0热模拟机对镍基高温合金 ( GH1 2 8)和 Si C陶瓷进行反应连接 ,研究了连接温度、连接压力和高温保温时间对试样连接强度的影响 ,确定了最佳工艺参数 ,并制备了剪切强度超过 3 4 .3 MPa的陶瓷 /金属连接件。界面结构分析表明陶瓷 /焊料界面反应层的形成主要受 Fe。

SiC陶瓷/SiC陶瓷及SiC陶瓷/Ni基高温合金SHS焊接中的界面反应及微观结构研究

采用加压自蔓延高温合成（ＳＨＳ） 焊接工艺，连接ＳｉＣ陶瓷／ＳｉＣ陶瓷以及ＳｉＣ陶瓷／Ｎｉ 基高温合金． 为了得到牢固的界面结合，实验了多种焊料配方． 而且基于润湿性、亲合性、ＳＨＳ起爆温度及界面反应的可能性等多方面的考虑，设计并实验了多层焊料配方． 微观结构显示，液相反应产物对ＳｉＣ 陶瓷的润湿性很好． 液相能够渗入陶瓷的表面开孔之中，而且界面结合很好． 成分分析证实，界面处发生了界面扩散，这有助于界面结合强度的提高．

Si C 陶瓷与镍基高温合金的热压反应烧结连接

采用 Ｔｉ Ｎｉ Ａｌ 金属复合焊料粉末， 利用 Ｇｌｅｅｂｌｅ １５００ 热模拟机以自阻加热方式对镍基高温合金和 Ｓｉ Ｃ 陶瓷进行热压反应烧结连接研究， 获得了强度为７０ Ｍ Ｐａ （ Φ１０ ｍ ｍ ×５０ｍ ｍ 圆棒非标准试样， 四点抗弯强度） 的焊接件。微观结构分析表明铝可以通过渗透到陶瓷的非封闭孔隙中或与陶瓷发生界面反应而形成比较牢固的接头。分析了焊缝区焊料中的孔洞对缓解焊接应力的作用。

陶瓷-金属焊接的方法与技术

概述了陶瓷-金属焊接的特点。综述了常见的6种焊接方法,包括钎焊、扩散连接、过渡液相连接、自蔓延高温合成连接、热压反应烧结连接和摩擦焊等,重点介绍了它们的工艺特点和研究现状。在此基础上,比较了各种方法的优缺点和适用范围,并对陶瓷-金属焊接的研究前景进行了展望。

SiC基材料自身及其与金属的连接

iC及SiC基复合材料作为先进高温结构陶瓷材料的典型代表 ,具有广阔的航空航天应用前景 ,研究SiC及SiC基复合材料的连接以及这些材料与金属的连接问题不仅具有重要的科学意义 ,而且具有极大的工程应用价值。本文综述了有关SiC及SiC基复合材料自身连接及其与金属连接的基本问题———陶瓷与金属连接的热错配应力、陶瓷与金属的润湿行为及陶瓷与金属接头界面问题 ,并介绍了几种主要的连接工艺———固相压力扩散焊、活性金属钎焊、局部过渡液相连接法、反应成形法、自蔓延高温合成焊接法及热压反应烧结连接法。

缝合复合材料弹性性能的三维有限元细观分析与试验验证

建立了缝合复合材料代表单元体的三维有限元模型,模型中考虑了缝线的实际形状,以及缝线与层合板之间的位置关系,并把层合板的每层视为有一定厚度的体,全面考虑缝合层板在3个方向上的性能。模型所取的单元体为全厚度方向,相对实际细观结构简化较少,分析结果与试验数据的比较表明,分析模型所得的结果可信,可以用于工程设计,为缝合复合材料的分析和减少试验件提供了理论分析方法。

氧化铝陶瓷与金属连接的研究现状

Al2O3陶瓷与金属的焊接是Al2O3陶瓷材料得以发展和应用的关键技术之一。本文对Al2O3陶瓷与金属的连接方法作了综述,论述了不同连接工艺对其连接强度的影响。关键词AlO陶瓷,金属,连接。

金属与陶瓷连接用中间层材料

概述了金属与陶瓷钎焊、扩散焊与部分瞬时液相连接采用的中间层(又称过渡层)的研究现状。按组合方式不同,把中间层分为单层中间层、复合中间层和梯度中间层3类,并分别给予介绍。同时,对SiC陶瓷及SiC陶瓷基复合材料与金属连接时中间层材料的选取进行了分析。

陶瓷与金属的连接

综述了陶瓷与金属连接的几种方法 ,重点讨论了对未来动力工程和先进发动机有重要意义的陶瓷与金属钎焊连接、部分瞬间液相连接及自蔓延高温合成 ( SHS)

陶瓷与金属连接的研究现状

陶瓷具有耐磨、耐高温、高硬度和抗腐蚀等许多优良性能,在宇航、能源等领域有着重要应用。但是,陶瓷在常温下韧性差,难以制备复杂形状的零件。采用连接技术制备陶瓷/金属复合构件,既可以利用陶瓷材料优异的高温性能,又可以发挥出金属材料的塑性和韧性,满足现代工程应用的需要。文中对陶瓷与金属的连接方法作了综述,钎焊与扩散连接依然是最常用的连接方法,界面反应是陶瓷与金属连接的核心问题,对接头性能起决定作用。在对陶瓷与金属的界面反应研究中,目前还主要局限在试验研究上,缺乏系统性和理论性。尤其对多元多相反应过程,不同相形成次序规律及成长模型都是亟待解决的难题。

用中间层为非活性金属FeNi/Cu的Si_3N_4陶瓷与Ni的扩散连接

采用非活性金属中间层FeNi/Cu在高、低真空条件下进行了Si3 N4 陶瓷与Ni的扩散连接 ,然后对部分接头进行了热等静压 (HIP)后处理 ,测定了连接接头的四点弯曲强度 ,用扫描电镜 (SEM)、电子探针 (EPMA)和X射线衍射仪 (XRD)对连接界面区域进行了分析。结果表明 ,采用非活性金属中间层扩散连接Si3 N4 陶瓷与Ni,在高真空和低真空条件下均能获得高强度连接 ,连接界面处没有形成Ni-Si化合物反应层 ,连接时间对接头强度的影响不明显。上述特征与用活性金属中间层连接时的情况截然不同。本文的连接方法有着重要的工程应用前景。