摘 要

实现陶瓷与金属的可靠连接可扩大陶瓷材料的应用领域。但由于陶瓷与金属的相容性较差，一般焊接方法和工艺难以获得满意的焊接接头。活性钎焊技术由于其便利性，相对低的连接温度和突出的连接性能，是最普遍的连接陶瓷和金属的方法，而Ag-Cu-Ti钎料是研究最多和应用最广泛的活性钎料。为了进一步改善金属和陶瓷的连接性能，本文将粉末冶金技术引入Ag-Cu-Ti复合钎料的制备领域，采用电磁压制工艺来制备Ag-Cu-Ti复合钎料，为制造高致密度的钎料探索出一种全新的加工方法。

本文研究了不同工艺参数如电压大小、压制次数、径高比等对电磁压制含有Al₂O₃增强颗粒的Ag-Cu-Ti复合钎料薄片致密度的影响，探索了致密度变化的规律；采用SEM观察钎料颗粒的形貌，分析混粉前后钎料发生的变化；初步研究了钎料对陶瓷片的润湿性和连接性。结果表明，随着电磁压制实验中电压大小、压制次数、径高比的增加，致密度随之增大。添加了Al₂O₃增强颗粒的复合钎料与原Ag-Cu-Ti粉料相比，其润湿性得到了改善。钎焊实验中，设定钎焊温度的增大，反应层厚度随之增加。

关键词：陶瓷；Ag-Cu-Ti；致密度

Abstract

Ceramics and metals to achieve a reliable connection can expand the application field of ceramic materials. However, due to the ceramic and metal poor compatibility, general welding methods and processes is difficult to obtain a satisfactory weld joints. Active Brazing technology because of its convenience and relatively low bonding temperature and outstanding connectivity, is the most common connection of ceramic and metal method, Ag-Cu-Ti brazing material is the most studied and most widely used active brazing metal. In order to further improve the connection properties of metal and ceramic, this paper introduces the powder metallurgy technology to the preparation of Ag-Cu-Ti composite metals, adopt the electromagnetic compaction to prepare Ag-Cu-Ti composite metals, open up a new way for preparing high density Ag-Cu-Ti composite metals.

This paper studies the effects of different voltage levels, pressing times, diameter height ratio on the mixed powder slice density in the electromagnetic compaction experiment, to explore the variation of density. the use of SEM observation of filler metal particles morphology, analyze the changes before and after mixing solder powder. initially study filler metal wettability and connectivity of the ceramic sheet.The results showed that with the magnitude of the voltage levels, pressing times, diameter height ratio in the electromagnetic compaction experiment, the density increases; Compared with the original Ag-Cu-Ti powder, the mixed powder wettability is improved. In brazing experiment, The reaction layer thickness increases with the setting brazing temperature.

Key Words：ceramics; Ag-Cu-Ti; density

目 录

第一章 绪论 1

1.1 陶瓷/金属连接发展情况 1

1.2 钎焊的发展状况 1

1.3 活性钎料的发展状况 2

1.4 复合钎料的研究现状 3

1.5 粉末电磁压制技术 4

1.6 研究的目的和意义 6

第二章 实验材料、设备及方法 7

2.1 试验材料 7

2.1.1 试验母材 7

2.1.2 复合钎料的选择 7

2.2 钎焊实验设备及装置 7

2.2.1 电磁压制实验设备 7

2.2.2 行星式球磨机 9

2.2.3 钎焊设备 9

第三章 压坯致密度的分析 11

3.1 粉末填充 11

3.2 压坯理论密度计算 11

3.3压坯实际密度计算 11

3.4 放电电压对压坯密度的影响 12

3.5径高比对压坯密度的影响 13

3.6压制次数对压坯密度的影响 14

3.7 最小厚度的研究 15

3.8 本章总结 16

第四章 复合钎料对陶瓷片的润湿与连接 18

4.1钎焊试验前处理 18

4.2钎料颗粒形貌 18

4.3实验温度设置 19

4.4润湿性研究 20

4.5不同温度下钎焊接头的微观形貌 21

结论 23

展望 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 绪论

1.1 陶瓷/金属连接发展情况

当代陶瓷具有很多优越的性能和很好的应用前景，已经成为了材料领域关注度较高的一种材料^[1]。比如，应用在航空发动机上的耐高温陶瓷材料，将会很大程度上提高发动机的使用温度，减轻发动机的质量，节省了能源，有极高的技术价值和在经济方面的潜在效益；在军用领域使用耐高温陶瓷材料能够增强机械抗磨损性能，提高使用寿命，同时减弱对水冷系统的依赖来提升整体性能。

陶瓷材料本身固有的脆性在很大程度上限制了其使用范围。而金属固然具有较好的塑性、韧性。在实际应用中，按照具体的要求，把金属和陶瓷连接在一块，取长补短，就可能得到综合性能优越的机械件。比如，在机械件的需要耐高温的地方使用陶瓷材料；在以需要耐腐蚀或耐磨损的部位使用陶瓷材料，在需要抗震的部位使用金属等。因此，科学家希望采用陶瓷/金属连接件代替其他普通材料。陶瓷虽然在某些方面表现出优异的性能，但现在金属还无法被其他材料完全代替，仍然是应用最高，使用最普遍的材料。实现陶瓷与金属的可靠连接可扩大陶瓷材料的应用领域，但由于陶瓷与金属的相容性较差，一般焊接方法和工艺难以获得满意的焊接接头。因此，在实际应用中解决陶瓷与金属连接成为最主要研究方向^[2]。