【摘 要】
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Al2O3陶瓷具有质量轻、硬度高、耐蚀性好和热稳定性好等优点,在航天、电子、能源等领域有广泛应用。然而,由于Al2O3陶瓷脆性大导致复杂构件加工难的缺点限制了其应用和发展。304不锈钢具有良好的加工性能、耐蚀性和生物相容性,二者的连接在电子、医疗和航空领域有潜在的应用价值。Al2O3陶瓷与304不锈钢之间的热膨胀系数存在较大差异,导致接头中产生较大残余应力,严重影响接头的连接质量。本课题通过真空活
【基金项目】
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河北省自然科学基金（E2021202177）
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Al2O3陶瓷具有质量轻、硬度高、耐蚀性好和热稳定性好等优点,在航天、电子、能源等领域有广泛应用。然而,由于Al2O3陶瓷脆性大导致复杂构件加工难的缺点限制了其应用和发展。304不锈钢具有良好的加工性能、耐蚀性和生物相容性,二者的连接在电子、医疗和航空领域有潜在的应用价值。Al2O3陶瓷与304不锈钢之间的热膨胀系数存在较大差异,导致接头中产生较大残余应力,严重影响接头的连接质量。本课题通过真空活性钎焊技术采用Ag-Cu-Ti钎料连接了Al2O3陶瓷与304不锈钢;采用向Ag-Cu-Ti钎料中添加低膨胀系数颗粒和添加中间层的方法对接头残余应力进行了调控;采用扫描电镜、能谱仪、电子探针、X射线衍射和剪切试验等检测分析手段研究了接头微观组织演变规律;构建了组织和性能之间的联系,提出了不同形式钎料对接头残余应力的调控机制。随钎焊温度升高和保温时间延长,接头强度先增大后减小。当采用900℃/10 min钎焊工艺时,接头最大剪切强度为130.54 MPa。采用Ag-Cu-Ti钎料得到的接头典型界面组织为:Al2O3陶瓷/Cu3Ti3O反应层+TiCu化合物/Ag（s,s）+Cu（s,s）+Ti Cu化合物/Cu0.8Fe0.2Ti反应层/Ti Fe2/Fe-Cr化合物+扩散层/304不锈钢。在钎料中分别加入BN和石墨制备成两种低膨胀系数钎料。BN会在钎缝中生成Ti N和Ti B2颗粒,石墨会在钎缝中生成Ti C颗粒,这两者都能降低Al2O3陶瓷与钎缝之间热膨胀系数的差异,并作为形核质点促进Ti Cu化合物的生成。当BN含量为0.1wt.%时,接头剪切强度达到151.23 MPa;石墨含量为0.1wt.%时,接头剪切强度达到203.49MPa。采用低膨胀系数钎料,接头的断裂均从Al2O3陶瓷扩展到钎缝中,实现了对残余应力的调控。在钎料中分别加入了铜箔和表面覆有石墨的泡沫铜制备了两种中间层钎料,研究了铜箔厚度和泡沫铜孔径对接头的影响。研究发现,当采用厚度为200μm铜箔时,接头剪切强度达到198.10 MPa。铜箔利用其塑性变形能力对残余应力进行释放。采用孔径为150μm表面覆有石墨的泡沫铜时,接头最大剪切强度为246.84 MPa,完整的泡沫铜骨架结构充分发挥了其塑性变形能力和吸能性能来释放接头的残余应力。泡沫铜表面的石墨在钎缝中生成的Ti C促进了Ti Cu颗粒的形核。采用表面覆有石墨的泡沫铜中间层,对接头残余应力的缓解效果最好,通过增大钎缝塑性变形能力和减小热膨胀系数失配联合机制,降低了接头的残余应力。
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