陶瓷/金属焊接技术研究现状及发展

陶瓷和金属是两类重要的结构材料,将二者连接在一起可以优势互补,制造出满足实际应用需求的复合构件。传统的机械连接或粘接连接将陶瓷与金属结合,由于热/力学性能的不匹配,接头处容易发生断裂。本文综述了陶瓷与金属的钎焊、扩散焊和摩擦焊及其研究进展,并着重介绍了影响焊接效果的主要因素。综合分析表明,通过选择恰当的工艺参数和合适的中间层(或钎料),有望获得高性能的焊接接头,从而更好地实现陶瓷与金属的连接。

陶瓷/金属扩散焊研究现状

陶瓷作为世界上使用最早的材料之一,具有较为优异的综合性能,在航空航天、工业生产等方面得到了广泛的使用。但是由于其加工性能较差、又硬又脆等特点,在实际的生产应用中往往会将其与金属连接起来形成复合结构,选择合适的连接技术就成为了决定陶瓷/金属性能强弱的关键。人类社会的进步也使得焊接陶瓷/金属的方法有了长足的进步,在众多的焊接方法中,扩散焊接被公认为是连接陶瓷与金属最好的方法之一,文中主要对陶瓷/金属扩散焊接的国内外研究现状进行了总结,并提出了陶瓷/金属进行扩散连接存在的问题以及部分改进的方法。

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。

以Cu-Ti复合渗镀为先导的Si_3N_4陶瓷/金属钎焊连接

提出一种陶瓷表面多元离子复合渗镀合金化方法,采用该方法对S i3N4陶瓷表面进行Cu-Ti复合渗镀,然后在复合渗镀真空设备中进行渗镀Cu-Ti的S i3N4陶瓷与金属的钎焊。对S i3N4陶瓷表面的Cu-Ti渗镀合金层进行了EDS、XRD、SEM、OM测试分析和声发射划痕试验。结果表明,渗镀层中含有Cu、Ti、Fe、S i及A l元素,Cu、Ti分布比较均匀,渗镀合金层由Cu、CuTi2、TiS i2组成;声发射划痕试验结果表明,在100 N的最大载荷下,渗镀合金层与陶瓷基体未发生剥离和崩落现象。在100倍的光学显微镜及5000倍的电子显微镜下,钎焊接头中陶瓷/金属界面接合良好,无明显的宏观和微观缺陷。可在较低的真空度下实现陶瓷/金属钎焊,为陶瓷/金属钎焊连接提供了一个新方法。

表面改性在陶瓷钎焊和扩散焊领域中的应用

离子注入、物理气相沉积(PVD)、离子辅助沉积(IBAD),以及近年来发展起来的等离子体基离子注入与沉积技术等不仅在提高材料表面性能如强度、耐蚀耐磨性、改善摩擦性等方面均发挥了重要作用,而且在改善陶瓷材料钎焊和扩散焊焊接性方面也产生了重要的影响。综述了表面改性在陶瓷钎焊和扩散焊领域应用的研究现状,并展望了表面改性技术在材料焊接领域的应用前景。

金属-陶瓷组合件焊接技术浅见

汽车发动机的陶瓷增压器和陶瓷挺柱等都是陶瓷与金属的复合件,但是由于陶瓷和金属在物理和化学性能方面都存在重大的差异而造成连接不牢,因此陶瓷-金属的有效焊接的研究一直受到科研工作者的广泛关注。文章在大量阅读国内外相关文献的基础上,对钎焊、扩散焊以及自蔓延高温合成在陶瓷-金属焊接方面的应用进行了分析和总结,指出了他们在陶瓷-金属焊接方面的原理,优点和应用范围,为人们对陶瓷-金属焊接方法的选择提供了参考。

陶瓷基复合材料焊接技术研究现状

陶瓷基复合材料焊接包括陶瓷基复合材料自身的焊接和陶瓷基复合材料与金属之间的焊接,其工艺均比金属材料的焊接复杂。本文在分析了陶瓷基复合材料焊接技术难点的基础上,对陶瓷基复合材料的焊接方法、工艺、焊接过程易出现问题进行了总体概括,并以Si C基复合材料为主对其焊接方法的研究现状进行了分析,最后对陶瓷基复合材料及其焊接技术的发展前景作了展望。

陶瓷增强钛基复合材料焊接的研究进展

陶瓷增强钛基复合材料(CTMCs)兼有高的比强度、比刚度及良好的耐磨性和抗高温氧化性,对其进行有效焊接,有助于加强其在航空航天、机械电子和医疗器械等领域的广泛应用。综述了CTMCs熔化焊、钎焊和固相扩散焊,以及这3种焊接的国内外研究进展,着重回顾了熔化焊焊缝增强体的分布特征、钎料/母材界面行为及扩散焊焊缝孔隙度与接头力学性能之间的关系。并结合具体的焊接工艺,归纳了熔化焊电极移动速度、钎焊和固相扩散焊焊接温度以及保温时间对接头界面行为和力学性能的影响规律。最后,认为需要加强CTMCs的异材连接、界面反应层形成的热力学和动力学,以及界面微结构与接头服役性能(如强度和耐高温性)的关联性研究。

离子注入改进陶瓷表面可焊性机理分析

进行了Ni+( 1 3 0keV)、Ti( 1 50keV)离子注入Al2 O3(质量分数为 85% ) -ZrO2 (质量分数为 1 5% )陶瓷表面改性试验 ,对改性陶瓷材料表面进行了X -光衍射谱物相分析、表面导电性分析以及与不锈钢材料的非活性钎焊性能分析。结果表明 ,注Ni+和注Ti+陶瓷表层导电性未发现明显变化 ,而注Ti+的陶瓷表层材料在注入剂量达到3× 1 0 17ions/cm2 时其导电性有明显的提高 ,这是由于在陶瓷材料表层生成的钛氧化物的导电性较高的原故。离子注入确实可以显著提高陶瓷材料的可焊性 ,但提高陶瓷材料表面导电性并不是提高其钎焊性能的主要因素。

溅射Ni和Ni/Al对SiC陶瓷真空钎焊性能的影响

本工作采用磁控溅射的方法在SiC陶瓷表面分别溅射Ni薄膜和Ni/Al双层薄膜,然后将表面改性的SiC陶瓷片用真空钎焊的方法制备了以Al为钎料的钎焊接头,研究了表面溅射Ni和Ni/Al对SiC真空钎焊接头界面结合的影响。结果表明,表面溅射Ni薄膜的SiC钎焊接头平均剪切强度为69.4 MPa,表面溅射Ni/Al薄膜的SiC钎焊接头平均剪切强度为113.8 MPa,均高于未改性处理的SiC钎焊接头的平均剪切强度(48.4 MPa),其原因在于SiC表面溅射沉积Ni和Ni/Al薄膜,一方面能够避免脆性反应相Al4C3的生成对界面结合强度的降低,另一方面有助于改善铝钎料对SiC陶瓷表面的润湿。另外,相比于溅射单层Ni薄膜,采用Ni/Al双层薄膜改性的SiC钎焊接头,由于界面生成的强化相Al3Ni分布更为集中,起到了"锚定"钎缝的作用,使接头剪切强度得到了更大的提高。