Ni_Ti活性钎焊高纯Al_2O_3界面反应微观机理_张春光.docx

第 . 卷 第 期 稀有金属材料与工程  B1+ .C 1  ,##, 年 # 月 H*HI JI)*K J*)IHL*KM *N I;LIIHL; -DE1FG4 ,##,  !#$ 活性钎焊高纯 %’() 界面反应微观机理 张春光，乔冠军，金志浩 （西安交通大学，陕西 西安 !##$%） 摘 要：基于部分液相瞬间连接工艺，采用 ’()’ 活性钎焊技术实现了高纯 *+, -. 陶瓷与可伐合金 （$/..(01234 5 的气密 性封接。采用微观组织分析、微区成分分析和 6 射线衍射分析等方法，研究了封接反应的微观机理。研究结果表明，氧化 铝陶瓷中的氧扩散进入焊料中，在焊料 7 *+, -. 界面形成了 ’, )’$ - 反应层，厚度 !8 9 , !8，起到了陶瓷晶格到金属晶 格的过渡作用。 关键词：氧化铝；活性钎焊；反应机理: ’, )’$ - 中图法分类号：);$$；)=!$ 文献标识码：* 文章编号：##,(?6 @ ,##, 5 #(#.!(#$  * 前 言 为了充分发挥陶瓷和金属的各自优点，很多情况 下需要将金属和陶瓷连接（焊接）起来，形成组件。陶 瓷 ( 金属连接技术广泛应用于机械、电子、电力、化 工、交通、原子能、航空航天、军事、医疗等许多领域。 氧化铝陶瓷由于其成熟的工艺、稳定的性能早已广泛 地应用于电真空及电子领域，随着技术的不断发展， 对陶瓷的性能要求也越来越高，在许多领域普通氧化 铝瓷已经不能满足需要，必须应用高纯氧化铝。由于 高纯氧化铝基本不含玻璃相，普通的钎焊方法，如 J1(JO 法，是有一定困难的，成功连接高纯氧化铝的 方法之一是活性金属钎焊。由于氧化物瓷表面是氧离 子堆积，而 )’ 与 - 有很大的亲和力，所以现在多以 )’ 作为活性金属来使用。本实验采用 ’()’ 活性焊料钎 焊高纯 *+,-.，对 *+,-. 7 ’()’ 界面进行了较详细的研 究，分析讨论了界面反应产物及反应微观机理。 ’ 实验过程 本实验所采用的陶瓷为模压成型、高温烧结而成 的高纯 *+,-.，纯度大于 %% %P ，与其连接的金属为核 级 01234 合金 $/..。焊料为纯钛箔与纯镍箔。 焊接试样为圆片状，*+,-. 与 01234 厚度分别为 $ 88 和 88，直径 ! 88，钛箔厚约 # . 88，镍箔厚 约 !8，与 *+,-. 等直径，按图 所示装配。上述各 种材料在焊接前均需经过除油液去油、蒸馏水煮沸、 无水乙醇脱水等清洁步骤。 焊接方法基于部分瞬间液相连接工艺 Q R ，焊接温 度为 ###S ，保温 .# 8’O，真空气氛，真空度保持约 A T # U .V3，施加适当的焊接压力。焊接工艺及接头力 学性能详见文献 Q , R 。焊接完毕后，将试样垂直于焊缝 剖开，研磨抛光后经 P 氢氟酸溶液腐蚀。用光学显微 镜和扫描电镜观察焊缝组织形貌；用能谱进行微区成 分分析。平行于焊接界面沿焊料 7 *+,-. 结合面剖开， 用 6 射线衍射进行物相分析。 ) 结果和讨论 )+ * 焊缝区微观组织 图 , 显示了 *+,-. 7 ’()’ 7 01234 焊缝区微观组织 全貌。* 为 01234（$/..）区；W 为 ’()’ 焊料区，宽约,##  收到初稿日期：,##(#(,；收到修改稿日期：,##(#%(,% 作者简介：张春光，男，%!A 年生，硕士研究生，西安交通大学材料学院，陕西 西安 !##$%，电话：#,%(,AA!%$, · !#$ · 稀有金属材料与工程 ! 卷  !%； 为 ’()*( + ,-./0 界面反应带，宽 ! !% 1 2 !%；3 为 45$6! 区；7 为 45$6! + ’()*( 界面反应带，宽 !% 1 $ !%，此处放大倍数低，不易分辨，其放大照片中可以 清晰地看到它的结构。 图 ! 为焊料中部 )*( 固溶体带 （8）及边缘 *($’( 带（9）的放大像。图 ! 中显示了 *( 固溶体带的细致结 构， )*( 固溶体基体上分布有小片 *($’(，这是在 ##:; 左右 )*( 固溶体所发生的共析反应形成的。固 溶体带侧面为致密连续的 *($’( 带，主要由焊料液相 冷却时在 ==; 发生共晶反应形成。焊缝中部组成相 83 分析结果表明：在这两相成分中，45 元素含量很 小，可能为扩散所致，也可能为杂质，基于 83 的误 差，可以忽略不计。 ! # $%)% ’ ()*+, 界面形貌及元素分布 图 2 和图 = 为 ’()*( + ,-./0 界面反应带及其附近 元素分布。