1、陶瓷的連接PPT課件陶瓷的連接PPT課件主要內(nèi)容陶瓷材料的性能特點(diǎn)陶瓷連接的要求和存在的問題陶瓷材料的焊接性問題陶瓷材料的連接方法主要內(nèi)容陶瓷材料的性能特點(diǎn) 1. 陶瓷材料概論 1.1 陶瓷概念第一節(jié) 陶瓷材料的性能特點(diǎn) 陶瓷的英文名為Ceramic，起源于希臘語Keramos(意為陶器) 陶瓷是指以各種金屬的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物為原料，經(jīng)適當(dāng)配料、成型和高溫?zé)Y(jié)等人工合成的無機(jī)非金屬材料。 1. 陶瓷材料概論第一節(jié) 陶瓷材料的性能特點(diǎn) 特種陶瓷普通陶瓷陶 瓷日用陶瓷（包括藝術(shù)陳列陶瓷）建筑衛(wèi)生陶瓷化 工 陶 瓷化 學(xué) 瓷電瓷及其他工業(yè)用陶瓷1.2 陶瓷的分類按陶瓷概念和用途來分類

2、結(jié) 構(gòu) 陶 瓷功 能 陶 瓷特種陶瓷普通陶瓷陶 瓷日用陶瓷（包括建筑衛(wèi)生陶瓷化 工 結(jié)構(gòu)陶瓷，是指那些利用其高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐磨性等力學(xué)性能及耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等特性，作為結(jié)構(gòu)部件使用的陶瓷材料。功能陶瓷，是指那些利用其電、磁、聲、光、電、熱等直接效應(yīng)和耦合效應(yīng)所提供的一種或是多種性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)某種使用功能的特種陶瓷。結(jié)構(gòu)陶瓷，是指那些利用其高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐磨性等力學(xué)性特種陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷區(qū)別特種陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷區(qū)別物質(zhì)結(jié)構(gòu)：指組成材料的化學(xué)鍵和晶體結(jié)構(gòu)顯微結(jié)構(gòu)：指在顯微鏡下看到的結(jié)構(gòu) 陶瓷具有多相多晶體結(jié)構(gòu)：由晶相(1)、玻璃相(2)和氣相(3)所組成1.3. 陶瓷材料的結(jié)構(gòu)物質(zhì)結(jié)

3、構(gòu)：指組成材料的化學(xué)鍵和晶體結(jié)構(gòu)1.3. 陶瓷材料的結(jié)1.3.1 晶相 晶相是陶瓷材料的主要組成相，對陶瓷的性能起決定性作用。晶相的性質(zhì)： 結(jié)合鍵是離子鍵、共價鍵、混合鍵陶瓷晶相具有牢固結(jié)合鍵的性質(zhì)，是陶瓷材料具有高熔點(diǎn)、高耐熱性、高硬度、高耐蝕性和無塑性的根本原因氧化物結(jié)構(gòu)的結(jié)合鍵以離子鍵為主，又稱離子晶體。Si3N4、SiC、BN等以共價鍵為主，稱共價晶體。1.3.1 晶相 晶相是陶瓷材料的主要組成相，對陶瓷的性能-石英870-鱗石英1470-方石英1713熔融SiO2573-石英163-鱗石英117-鱗石英180270方石英急冷加熱石英玻璃SiO2的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 有些晶相存在同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

4、，同一種化合物能夠獲得不同的晶體結(jié)構(gòu)-石英870-鱗石英1470-方石英1713熔融 晶粒越細(xì)，強(qiáng)韌性越高細(xì)晶強(qiáng)化是提高陶瓷材料強(qiáng)韌性的有效措施晶粒愈細(xì)，陶瓷的強(qiáng)度愈高。如剛玉（Al2O3）晶粒平均尺寸為200m時，抗彎強(qiáng)度為74MPa，1.8m時抗彎強(qiáng)度可高達(dá)570MPa。 主晶相的性質(zhì)是決定陶瓷性能的主要因素 晶粒越細(xì)，強(qiáng)韌性越高 主晶相的性質(zhì)是決定陶瓷性能的 玻璃相是一種非晶態(tài)固體，是陶瓷燒結(jié)時，各組成相與雜質(zhì)產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)形成的液相在冷卻凝固時形成的非晶態(tài)物質(zhì)。1.3.2 玻璃相玻璃相的作用將分散的晶相粘結(jié)在一起；降低燒結(jié)溫度；抑制晶相的晶粒長大填充氣孔。 玻璃相是一種非晶態(tài)固

5、體，是陶瓷燒結(jié)時，各組成相與雜質(zhì)產(chǎn)生 氣相指陶瓷孔隙中的氣體即氣孔。是生產(chǎn)過程中不可避免的，陶瓷中的孔隙率常為510%，要力求使其呈球狀，均勻分布。 氣孔對陶瓷的性能有顯著影響，使陶瓷強(qiáng)度降低、介電損耗增大，電擊穿強(qiáng)度下降，絕緣性降低。1.3.3 氣相 氣相可使陶瓷的密度減小，并能吸收振動； 用作保溫的陶瓷和化工用的過濾多孔陶瓷等需要增加氣孔率，有時氣孔率可高達(dá)60。 氣相指陶瓷孔隙中的氣體即氣孔。是生產(chǎn)過程中不可避免的，陶陶瓷材料的結(jié)合鍵特點(diǎn)陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等，因而其結(jié)合鍵以離子鍵(如Al2O3)、共價鍵(如Si3N4)及兩者的混合鍵為主。共價鍵離子鍵陶瓷材

6、料的結(jié)合鍵特點(diǎn)共價鍵離子鍵2.結(jié)構(gòu)陶瓷的性能特點(diǎn)(1)線脹系數(shù) 比金屬低，大約10-510-6K 銅：17.710-6K 鋁：2310-6K 鐵：11.7610-6K 鎂：24.310-6K 隨氣孔率增加，陶瓷的熱脹系數(shù)降低(2)熔點(diǎn) 比金屬高得多，一般在2000以上 銅：1083 鋁：660 鐵：1538 鎂：650 故陶瓷高溫強(qiáng)度和高溫蠕變抗力優(yōu)于金屬。2.1 物理性能2.結(jié)構(gòu)陶瓷的性能特點(diǎn)(1)線脹系數(shù)2.1 物理性能(3)導(dǎo)電性 大多數(shù)是良好的絕緣體 也有一些半導(dǎo)體，如NiO、Fe3O4等(4)導(dǎo)熱性 導(dǎo)熱性差，大多為良好的絕熱體 =10-210-5W/mK 隨氣孔率增加，陶瓷的熱導(dǎo)率

7、降低(3)導(dǎo)電性(5)有些陶瓷具有特殊的光學(xué)性能 紅寶石（-Al2O3摻鉻離子）、釔鋁石榴石、含釹玻璃等可作固體激光材料；玻璃纖維可作光導(dǎo)纖維材料，此外還有用于光電計數(shù)、跟蹤等自控元件的光敏電阻材料。(6)磁性 磁性陶瓷又名鐵氧體或鐵淦氧，主要是Fe2O3和Mn、Zn等的氧化物組成的陶瓷材料，為磁性陶瓷材料，可用作磁芯、磁帶、磁頭等。(5)有些陶瓷具有特殊的光學(xué)性能2.2 化學(xué)性能 化學(xué)穩(wěn)定性高 原因：金屬原子被非金屬原子包圍，受到非金屬原子的屏蔽，因而形成極為穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)。 表現(xiàn)：抗氧化(不再與介質(zhì)中的氧發(fā)生作用，甚至在1000的高溫下也不會氧化) 抗腐蝕(具有較強(qiáng)的抵抗酸、堿、鹽類的腐蝕

8、，以及抵抗熔融金屬腐蝕的能力)2.2 化學(xué)性能 2.3 力學(xué)性能(1)硬度 硬度是各類材料中最高的，可作為刀具材料使用 高聚物20HV 淬火鋼500800HV 陶瓷10005000HV(2)強(qiáng)度 抗壓不抗拉， (抗拉強(qiáng)度很低，比抗壓強(qiáng)度低一個數(shù)量級)，抗彎(抗彎強(qiáng)度高)。 內(nèi)部存在微裂紋和氣孔等缺陷 ，是導(dǎo)陶瓷材料抗拉強(qiáng)度較低的原因 高彈性模量，E=100400GPa （金屬210）2.3 力學(xué)性能(1)硬度高彈性模量，E=100400GP韌性陶瓷硬度壓痕脆性陶瓷硬度壓痕周圍的裂紋韌性陶瓷硬度壓痕脆性陶瓷硬度壓痕周圍的裂紋(3)塑性 在室溫幾乎沒有塑性，韌性差，脆性大，是陶瓷的最大缺點(diǎn)在拉力作

9、用下產(chǎn)生一定的彈性變形后直接斷裂(3)塑性在拉力作用下產(chǎn)生一定的彈性變形后直接斷裂 沖擊韌性、斷裂韌性低 KIC 約為金屬的1/601/100 幾種材料的斷裂韌性材料KIC /MPa.m1/245鋼90球墨鑄鐵2040氮化硅陶瓷3.55 沖擊韌性、斷裂韌性低幾種材料的斷裂韌性材料KI(4)高溫強(qiáng)度高、蠕變抗力高作為耐高溫材料，已在工程中獲得廣泛應(yīng)用(4)高溫強(qiáng)度高、蠕變抗力高3.幾種常用的結(jié)構(gòu)陶瓷 氧化物陶瓷是指包含氧元素的陶瓷，包括由金屬與非金屬元素的化合物構(gòu)成的非均勻固體物質(zhì)。主要由離子鍵結(jié)合，也有一定成分的共價鍵。 最重要的氧化物陶瓷是幾種簡單類型的氧化物：AO，AO2，A2O3，ABO

10、3和AB2O4等結(jié)構(gòu)類型(A、B表示陽離子)。 工程意義較大的是純氧化物陶瓷，它們的熔點(diǎn)多數(shù)超過2000，應(yīng)用最多的是SiO2，Al2O3，ZrO2，MgO， CaO， BeO，ThO2等，以及一些氧化物之間的化合物如3Al2O3Al2O3(尖晶石)等。3.1 氧化物陶瓷3.幾種常用的結(jié)構(gòu)陶瓷 氧化物陶瓷是指包含陶瓷的連接PPT課件 以-Al2O3為主晶相的陶瓷材料 晶體結(jié)構(gòu)： Al2O3目前已知有10種同質(zhì)異晶體，主要有三種晶型： -Al2O3 -Al2O3 -Al2O33.1.1氧化鋁陶瓷 以-Al2O3為主晶相的陶瓷材-Al2O3的晶體結(jié)構(gòu)氧化鋁的結(jié)構(gòu)是O-2排成密排六方結(jié)構(gòu)，Al+3占

11、據(jù)間隙位置。根據(jù)含雜質(zhì)的多少，氧化鋁呈紅色(如紅寶石)或藍(lán)色(如藍(lán)寶石)-Al2O3的晶體結(jié)構(gòu)氧化鋁的結(jié)構(gòu)是O-2排成密排六方結(jié)構(gòu)陶瓷的連接PPT課件氧化鋁陶瓷的性能與用途以基體中所含Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類(75瓷，95瓷，99瓷)隨Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，機(jī)械強(qiáng)度，介電常數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)等也提高表3-3 幾種氧化物陶瓷的化學(xué)組成氧化鋁陶瓷的性能與用途以基體中所含Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類(7優(yōu)點(diǎn)：硬度高、很好的耐磨性、耐蝕性和高溫性能缺點(diǎn)：韌性低，抗熱振性能差，不能承受溫度的急劇變化用于制造刀具、模具、軸承、熔化金屬的坩堝、高溫?zé)犭娕继坠?，以及化工行業(yè)中的一些特殊零部件，如化工泵的密封滑環(huán)、軸套和

12、葉輪等。優(yōu)點(diǎn)：硬度高、很好的耐磨性、耐蝕性和高溫性能3.1.2 氧化鋯陶瓷研發(fā)歷史20世紀(jì)20年代開始就被用做熔化玻璃和冶煉鋼鐵等的耐火材料；1968年，日本松下電器公司開發(fā)出氧化鋯非線性電阻元件；1973年，美國R.Zechnall制得電解質(zhì)氧傳感器，能正確顯示汽車發(fā)動機(jī)的空氣/燃料比，1980年用于鋼鐵工業(yè)；1975年，澳大利亞R.G.Garvie以CaO為穩(wěn)定劑制得部分穩(wěn)定的氧化鋯，并首次利用陶瓷馬氏體相變的增韌相應(yīng)，提高了其韌性和強(qiáng)度；1982年，日本絕緣子公司和美國Cummins發(fā)動機(jī)公司共同開發(fā)出節(jié)能柴油機(jī)缸套。3.1.2 氧化鋯陶瓷研發(fā)歷史ZrO2陶瓷晶型及其轉(zhuǎn)化單斜(m)、四方

13、(t)、立方(c) 3種晶系ZrO2陶瓷晶型及其轉(zhuǎn)化單斜(m)、四方(t)、立方(c) 氧化鋯陶瓷的應(yīng)用特點(diǎn)：密度大，硬度高，抗彎強(qiáng)度大,斷裂韌性高(已知陶瓷中最高)應(yīng)用： 可用做內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)襯、活塞頂?shù)?耐磨、耐腐蝕器件 模具 高溫發(fā)熱體材料，在空氣中最高發(fā)熱溫度可達(dá)2200 燃料電池材料等氧化鋯陶瓷的應(yīng)用特點(diǎn)：密度大，硬度高，抗彎強(qiáng)度大,斷裂韌性高陶瓷的連接PPT課件3.1.3其他氧化物陶瓷氧化鎂陶瓷氧化鈹陶瓷3.1.3其他氧化物陶瓷3.2 非氧化物陶瓷非氧化物陶瓷與氧化物陶瓷的區(qū)別：人工制備的燒結(jié)需在保護(hù)氣氛中進(jìn)行難熔、難燒結(jié)3.2 非氧化物陶瓷非氧化物陶瓷與氧化物陶瓷的區(qū)別：3.2.1

14、 氮化硅陶瓷 氮化硅陶瓷的優(yōu)異性能對于現(xiàn)代技術(shù)經(jīng)常遇到的高溫、高速、強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的工作環(huán)境，具有特殊的使用價值。比較突出的性能有：（1）機(jī)械強(qiáng)度高，硬度接近于剛玉，有自潤滑性，耐磨。室溫抗彎強(qiáng)度可以高達(dá)8001000MPa，強(qiáng)度可以一直維持到1200不下降。（2）熱穩(wěn)定性好，熱膨脹系數(shù)小，有良好的導(dǎo)熱性能，所以抗熱震性很好，從室溫到1000的熱沖擊不會開裂。（3）化學(xué)性能穩(wěn)定，幾乎可耐一切無機(jī)酸（HF除外）和濃度在30%以下燒堿（NaOH）溶液的腐蝕，也能耐很多有機(jī)物質(zhì)的侵蝕，對多種有色金屬熔融體（特別是鋁液）不潤濕，能經(jīng)受強(qiáng)烈的放射輻照。（4）密度低，比重小，僅是鋼的2/5，電絕緣性好。3.2

15、.1 氮化硅陶瓷 氮化硅陶瓷的優(yōu)異性氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)六方晶系，、兩種晶型-Si3N4低溫相，1500轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷叵?Si3N4氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)六方晶系，、兩種晶型氮化硅陶瓷的應(yīng)用用于制造火箭尾噴管的噴嘴、澆注金屬用的喉嘴、電熱偶套管、加熱爐管以及燃?xì)廨啓C(jī)的葉片、軸承等，還可用于熱交換器、耐火材料等。氮化硅陶瓷的應(yīng)用用于制造火箭尾噴管的噴嘴、澆注金屬用的喉嘴3.2.2碳化硅陶瓷兩種晶型-SiC 六方結(jié)構(gòu)-SiC 面心立方3.2.2碳化硅陶瓷兩種晶型碳化硅陶瓷的性能和用途熱導(dǎo)率高，優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和高溫蠕變高電阻率化學(xué)穩(wěn)定性高性能比氮化硅更好碳化硅陶瓷的性能和用途熱導(dǎo)率高，優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和高溫蠕變3.

16、2.3賽隆陶瓷Si3N4-Al2O3-AlN-SiO2系列化合物的總稱塞隆陶瓷的性能3.2.3賽隆陶瓷Si3N4-Al2O3-AlN-SiO2系塞隆陶瓷的應(yīng)用高溫?zé)Y(jié)材料常溫和高溫下強(qiáng)度高，化學(xué)性能穩(wěn)定優(yōu)異的抗熔融腐蝕熱機(jī)材料(發(fā)動機(jī)針閥)切削材料(熱硬性好于Co-WC合金，1000以上高速切削)軸承等滑動部件及磨損件(直接燒制成所需尺寸)塞隆陶瓷的應(yīng)用高溫?zé)Y(jié)材料第二節(jié) 陶瓷連接的要求和存在的問題1.陶瓷與金屬連接的基本要求陶瓷與金屬材料的連接陶瓷與非金屬材料的連接陶瓷與半導(dǎo)體材料的連接 陶瓷材料固有的硬脆性使其難以加工，難以制成形狀復(fù)雜的高就，在工程應(yīng)用上受到很大的限制。故陶瓷通常是與金屬

17、材料一起組成復(fù)合結(jié)構(gòu)來使用。1.1 陶瓷連接的形式第二節(jié) 陶瓷連接的要求和存在的問題1.陶瓷與金屬連接的基本要1.2 對接頭性能的要求必須具有較高的強(qiáng)度必須具有真空氣密性接頭的殘余應(yīng)力應(yīng)最小，在使用過程中應(yīng)具有耐熱性、耐蝕性和熱穩(wěn)定性。焊接工藝應(yīng)盡可能簡化，工藝過程穩(wěn)定，生產(chǎn)成本低。1.2 對接頭性能的要求必須具有較高的強(qiáng)度2. 陶瓷與金屬連接存在的問題 線脹系數(shù)相差很大很大的殘余應(yīng)力控制應(yīng)力的方法： 減少焊接部位及其附近的溫度梯度，控制加熱和冷卻速度 采用金屬中間層2.1 陶瓷與金屬焊接中的熱膨脹與熱應(yīng)力2. 陶瓷與金屬連接存在的問題 線脹系數(shù)相差2.2 陶瓷與金屬很難潤濕為改善潤濕可以采取

18、的方法： 采用活性金屬 在陶瓷表面進(jìn)行金屬化處理 連接處易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，易生成各種碳化物、氮化物、硅化物、氧化物以及多元化合物。這些硬度高、脆性大的化合物，是產(chǎn)生裂紋和造成接頭脆性斷裂的主要原因。2.3 易生成脆性化合物2.4 陶瓷與金屬的結(jié)合界面問題 陶瓷與金屬之間是通過過渡層而結(jié)合的，兩種材料間的界面反應(yīng)對接頭的形成和組織性能有很大的影響。2.2 陶瓷與金屬很難潤濕為改善潤濕可以采取的方法： 連接線脹系數(shù)、彈性模量差異接頭附近不均勻的熱應(yīng)力(陶瓷側(cè)高應(yīng)力) 應(yīng)力集中裂紋焊接溫度與室溫之差很大較大的殘余應(yīng)力第三節(jié) 陶瓷材料的焊接性1 焊接應(yīng)力和裂紋線脹系數(shù)、彈性模量差異接頭附近不均勻的熱應(yīng)力

19、(陶瓷側(cè)高應(yīng)力陶瓷的連接PPT課件緩解較大的分布不均殘余應(yīng)力的措施：加入中間層 中間層的選擇原則： 選擇彈性模量和屈服強(qiáng)度較低、塑性好的材料，通過中間層金屬或合金的塑性變形，將陶瓷中的應(yīng)力轉(zhuǎn)移到中間層中，從而減小陶瓷/金屬接頭的應(yīng)力。緩解較大的分布不均殘余應(yīng)力的措施：加入中間層 中間層的選擇主要選擇的中間層單一金屬：Cu、Ni、Nb、Ti、W、Mo、銅鎳合金、合金鋼兩種不同的金屬作為復(fù)合中間層，例如：Ni作為塑性金屬，W作為低線脹系數(shù)材料中間層材料的預(yù)置方式：金屬鉑片金屬粉末：真空蒸發(fā)、離子濺射、化學(xué)氣相沉積、噴涂、電鍍主要選擇的中間層中間層的影響：中間層厚度增大，殘余應(yīng)力降低若中間層與母材有

20、化學(xué)反應(yīng)生成脆性化合物，會使接頭惡化中間層的影響：其他降低殘余應(yīng)力的特殊措施合理選擇被焊陶瓷與金屬，在不影響接頭使用性能的條件下，盡可能使兩者的線脹系數(shù)相差最小。盡可能減小焊接部位及其附件的溫度梯度，控制加熱速度，降低冷卻速度，有利于應(yīng)力松弛而使焊接應(yīng)力減小。采取缺口、突起和端部變薄等措施合理設(shè)計陶瓷與金屬的接頭結(jié)構(gòu)。其他降低殘余應(yīng)力的特殊措施合理選擇被焊陶瓷與金屬，在不影響接2.界面反應(yīng)及形成過程 接頭界面反應(yīng)的物相結(jié)構(gòu)是影響陶瓷與金屬結(jié)合的關(guān)鍵。這些相結(jié)構(gòu)取決于陶瓷與金屬(包括中間層)的種類，也與連接條件(如加熱溫度、表面狀態(tài)、中間合金及厚度等)有關(guān)。2.1 界面反應(yīng)產(chǎn)物2.界面反應(yīng)及形成

21、過程 接頭界面反應(yīng)的物相結(jié)構(gòu)是影響陶瓷與例如：SiC與金屬的反應(yīng)，生產(chǎn)該金屬的碳化物、硅化物或三元化合物、四元化合物、多元化合物、非晶相例如：SiC與金屬的反應(yīng)，生產(chǎn)該金屬的碳化物、硅化物或三元化陶瓷的連接PPT課件例如：Si3N4與金屬的反應(yīng)，生成該金屬的氮化物、硅化物或三元化合物例如：Si3N4與金屬的反應(yīng)，生成該金屬的氮化物、硅化物或三例如：Al2O3與金屬的反應(yīng)，生成該金屬的氧化物、鋁化物或三元化合物例如：Al2O3與金屬的反應(yīng)，生成該金屬的氧化物、鋁化物或三2.2 擴(kuò)散界面的形成 陶瓷與金屬各方面的差異很大，中間層元素在兩種母材中的擴(kuò)散能力不同，造成中間層與兩側(cè)母材發(fā)生反應(yīng)的程度也不

22、同，所以產(chǎn)生擴(kuò)散連接界面形成過程的非對稱性。2.2 擴(kuò)散界面的形成 陶瓷與金屬各方面的差例如：Al2O3-TiC復(fù)合陶瓷與W18Cr4V高速鋼擴(kuò)散連接，以Ti/Cu/Ti為中間層例如：Al2O3-TiC復(fù)合陶瓷與W18Cr4V高速鋼擴(kuò)散連2.3 擴(kuò)散連接界面反應(yīng)機(jī)理(1) Al2O3-TiC/Ti界面(A)(2)Ti-Cu-Ti中間層內(nèi)(B)(3)Ti/W18Cr4V界面近Ti側(cè)(C)(4)Ti/W18Cr4V界面近W18Cr4V側(cè)(D)2.3 擴(kuò)散連接界面反應(yīng)機(jī)理(1) Al2O3-TiC/Ti反應(yīng)層A主要為：TiO、Ti3Al和TiC相反應(yīng)層A主要為：反應(yīng)層B主要為：CuTi、CuTi2和

23、TiC反應(yīng)層B主要為：反應(yīng)層C主要為：TiC和少量的FeTi相反應(yīng)層C主要為：反應(yīng)層D主要是：Fe3W3C等碳化物和-FeW18Cr4V側(cè)形成脫碳層未反應(yīng)的Fe以-Fe形式保存下來反應(yīng)層D主要是：W18Cr4V側(cè)形成脫碳層未反應(yīng)的Fe以- Ti幾乎出現(xiàn)在所有的界面反應(yīng)產(chǎn)物中，表明Ti參與了界面反應(yīng)的各個過程。在Al2O3-TiC/W18Cr4V擴(kuò)散連接過程中，Ti是界面反應(yīng)的主控元素。 Ti幾乎出現(xiàn)在所有的界面反應(yīng)產(chǎn)物中，表明2.3 擴(kuò)散界面的結(jié)合強(qiáng)度(1)加熱溫度溫度提高界面擴(kuò)散反應(yīng)充分，接頭強(qiáng)度提高。溫度過高使陶瓷的性能發(fā)生變化，出現(xiàn)脆性相2.3 擴(kuò)散界面的結(jié)合強(qiáng)度(1)加熱溫度(2)保溫

24、時間(2)保溫時間(3)壓力 為了使接觸面處產(chǎn)生微觀塑性變形，減小表面不平整和破壞表面氧化膜，增加表面接觸面積，為原子擴(kuò)散提供條件。(3)壓力(4)表面粗糙度表面粗糙會在陶瓷中產(chǎn)生局部應(yīng)力集中而引起脆性破壞(4)表面粗糙度(5)連接環(huán)境避免了O、H等參與界面反應(yīng)，有利于提高接頭的強(qiáng)度(5)連接環(huán)境陶瓷的連接PPT課件陶瓷與金屬在化學(xué)鍵型、微觀結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和力學(xué)性能等方面存在極大的差異，采用常規(guī)的方法是很難講它們連接在一起并滿足使用要求的。這主要表現(xiàn)在：1陶瓷與金屬的鍵型不同，連接時存在鍵型的轉(zhuǎn)換和匹配問題，難以實(shí)現(xiàn)良好的冶金連接2陶瓷與金屬的熱脹差異很大，連接后容易產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力，難以獲

25、得高強(qiáng)度接頭3陶瓷的熱導(dǎo)率低，導(dǎo)電性差，抗熱沖擊能力弱，潤濕性不好，這給連接工藝的確定帶來了很大的困難。第四節(jié) 陶瓷材料的連接方法陶瓷與金屬在化學(xué)鍵型、微觀結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和力學(xué)性能等方面存在陶瓷與金屬之間的連接方法，包括機(jī)械連接、粘接和焊接。常用的焊接方法主要有釬焊連接、擴(kuò)散連接、電子束焊、激光焊等。陶瓷與金屬之間的連接方法，包括機(jī)械連接、粘接和焊接。釬焊定義：采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、但低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙，并與母材相互擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法。釬焊是一種古老的焊接方法。釬焊定義：采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊

26、件和釬一、釬焊原理及特點(diǎn)1.釬焊原理釬焊是利用液態(tài)釬料在母材表面潤濕、鋪展與母材相互溶解和擴(kuò)散以及在母材間隙中潤濕、毛細(xì)流動、填縫與母材相互溶解和擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)零件間的連接的。一、釬焊原理及特點(diǎn)1.釬焊原理(1)液態(tài)金屬的填隙原理 液體金屬能填充接頭間隙，必須具備一定的條件，此條件就是潤濕作用和毛細(xì)作用。潤濕作用潤濕液態(tài)物體與固態(tài)物體接觸后相互沾附的現(xiàn)象。當(dāng)液體處于自由狀態(tài)，其將力圖保持球形！當(dāng)液體與固體接觸，如果內(nèi)聚力附著力，液體就不能沾附在固體表面不潤濕！(1)液態(tài)金屬的填隙原理潤濕作用當(dāng)液體處于自由狀態(tài)，其將 當(dāng)液體的附著力大于其內(nèi)聚力時，液體就能粘附在固體表面發(fā)生潤濕作用。另一種解釋：將某

27、液滴置于固體表面，若液滴和固體界面的變化能使液-固體系自由能降低，則液滴將沿固體表面自動流開鋪平，該現(xiàn)象為潤濕。 當(dāng)液體的附著力大于其內(nèi)聚力時，液體就能粘附在固體表面 當(dāng)cos為正值時，即090，液體能潤濕固體； 當(dāng)cos為負(fù)值時，即90180，液體不能潤濕固體。 =0表示液體完全潤濕固體； =180表示完全不潤濕。 釬焊時，釬料的潤濕角應(yīng)小于20。衡量液體對母材潤濕能力的大小，可用液相與固相接觸時的接觸夾角(潤濕角)的大小來表示。 當(dāng)cos為正值時，即090，液體能潤濕固體； 上述液體與固體相互潤濕的前提是他們之間無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。從物理化學(xué)角度，O點(diǎn)處的力平衡，即：潤濕的基本條件 上述液體與

28、固體相互潤濕的前提是他們之間無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。從液體在兩平行板間隙中，其液面高度會相對于板外液面自動上升或下降的現(xiàn)象。 毛細(xì)作用a平行板的間隙，釬焊時為釬縫間隙；液體的密度；g重力加速度。液體在兩平行板間隙中，其液面高度會相對于板外液面自動上升當(dāng)90、 h0，液體沿間隙上升潤濕（酒精溫度計）。當(dāng)90、 h0，液體沿間隙下降不潤濕（水銀溫度計）。釬焊時，只有在液態(tài)釬料能充分潤濕母材的條件下（液面“上升”），釬料才能填滿釬縫。液體沿間隙“上升”的高度與間隙大小a成反比釬焊接頭設(shè)計、裝配時應(yīng)使間隙?。∫后w沿間隙“上升”的速度與成反比應(yīng)保證足夠的釬焊溫度和保溫時間。當(dāng)90、 h0，液體沿間隙上升潤濕（酒

29、精溫度在實(shí)際生產(chǎn)中，絕大部分釬焊過程是毛細(xì)釬焊過程，即釬焊時液態(tài)釬料不是單純地沿固態(tài)母材表面鋪展，而是流入并填充接頭間隙。間隙通常很小，類似毛細(xì)管。釬料就是依靠毛細(xì)作用而在間隙內(nèi)流動的。 以上結(jié)果也是指在液體與固體沒有互相作用條件下得到的。 在實(shí)際生產(chǎn)中，絕大部分釬焊過程是毛細(xì)釬焊過程，即釬焊時液影響釬料潤濕作用的因素：釬料和母材成分如二者在液態(tài)和固態(tài)下均無物理化學(xué)作用，則潤濕作用差。如液態(tài)釬料與母材相互溶解或形成化合物，則潤濕較好?？赏ㄟ^第三者的作用來改善潤濕作用。釬焊溫度利于潤濕(釬料的表面張力降低)。太高，易使釬料流散、溶蝕或晶粒粗大。表面氧化物妨礙潤濕(氧化物的表面張力比金屬本身低得多

30、， )。母材表面狀態(tài)粗些好(縱橫交錯的細(xì)槽起特殊毛細(xì)作用)。釬劑適當(dāng)?shù)拟F劑有良好作用(清除釬料和母材的表面氧化膜)。 影響釬料潤濕作用的因素： 在實(shí)際填縫過程中，液態(tài)釬料與固態(tài)金屬母材間存在著溶解、擴(kuò)散作用，致使液態(tài)釬料的成分、密度、粘度和熔點(diǎn)都發(fā)生變化。 液態(tài)釬料填縫速度是不均勻的，釬料填縫前沿不整齊、流動路線紊亂將會直接影響釬焊接頭質(zhì)量，形成釬縫不致密，產(chǎn)生夾氣、夾渣等缺陷。這些變化都將影響釬料的潤濕和填縫作用。 影響釬料毛細(xì)填縫的因素: 釬料和母材成分、釬焊溫度、母材表面氧化物、母材表面粗糙度、釬劑、間隙、釬料與母材的相互作用 在實(shí)際填縫過程中，液態(tài)釬料與固態(tài)金屬母材間存在著溶解、 （2

31、）釬料與母材的相互作用釬料與母材的相互作用可以形成下列組織：固溶體化合物共晶體釬焊時，熔化的釬料在毛細(xì)填縫過程中往往還會與母材發(fā)生相互物理化學(xué)作用。這些作用可以歸結(jié)為兩個方面：母材向釬料的溶解 溶解作用對釬焊的影響：利“清理”作用、合金化弊化合物（脆）、填縫性變差、熔蝕釬料組分向母材的擴(kuò)散 （2）釬料與母材的相互作用釬料與母材的相互作用可以釬縫成分和組織的不均勻性 1.擴(kuò)散區(qū)：釬料組分向母材擴(kuò)散形成的2.界面區(qū)：母材向釬料溶解、冷卻后形成的3.釬縫中心區(qū)：由于母材的溶解和釬料組分的擴(kuò)散以及結(jié)晶時的偏析，其組織不同于釬料的原始組織釬縫成分和組織的不均勻性 1.擴(kuò)散區(qū)：釬料組分向母材擴(kuò)釬焊過程的分

32、解釬焊過程的分解2.釬焊的特點(diǎn)2.釬焊的特點(diǎn)方法母材受熱填充材料熱源壓力接頭拆卸性結(jié)合特征熔化焊熔化有或無內(nèi)部或外加無不可拆卸冶金結(jié)合固相焊不熔化無外加有不可拆卸冶金結(jié)合釬焊不熔化有外加無部分可拆卸冶金結(jié)合三種連接方法特征對比方法母材受熱填充材料熱源壓力接頭拆卸性結(jié)合特征熔化焊熔化有或釬焊加熱溫度較低，對母材組織和性能的影響較??；釬焊接頭平整光滑，外形美觀； 焊件變形較小，尤其是采用均勻加熱（如爐中釬焊） 的釬焊方法，焊件的變形可減小到最低程度，容易保 證焊件的尺寸精度；可以實(shí)現(xiàn)異種金屬或合金、金屬與非金屬的連接。 同熔焊方法相比，釬焊具有以下優(yōu)點(diǎn)：釬焊加熱溫度較低，對母材組織和性能的影響較小

33、；同熔焊方法相釬焊接頭強(qiáng)度比較低、耐熱能力比較差，由于母材與釬料成分相差較大而引起的電化學(xué)腐蝕致使耐蝕力較差及對裝配要求比較高等。 但是，釬焊也有它本身的缺點(diǎn)：釬焊接頭強(qiáng)度比較低、耐熱能力比較差，由于母材與釬料成分相釬焊材料是釬料和釬劑的總稱。1.釬料(1)對釬料的基本要求合適的熔點(diǎn)（比母材的低幾十度）；具有良好的潤濕性；與母材充分發(fā)生溶解、擴(kuò)散；成分穩(wěn)定均勻；所得接頭滿足技術(shù)要求；具有經(jīng)濟(jì)性（少用稀有金屬）；具有安全性（少用有毒及重金屬）。 二、釬焊材料釬焊材料是釬料和釬劑的總稱。1.釬料 二、釬焊材料(2)釬料的分類與編號 釬料可按下列三種方法進(jìn)行分類: 按熔點(diǎn)：熔點(diǎn)在450以下的稱為軟釬

34、料，高于450的稱為硬釬料（難熔釬料），高于950的稱高溫釬料。 按化學(xué)成分：不論軟硬，根據(jù)組成釬料的主要金屬元素，相應(yīng)稱為基釬料，如Ni基釬料等。 按釬焊工藝性能：自釬性釬料、真空釬料、復(fù)合釬料。(2)釬料的分類與編號軟釬料 Sn基及Pb基軟釬料：對銅等多種金屬均具有良好的潤濕和鋪展能力，在電子工業(yè)中應(yīng)用最廣泛。 Cd基釬料：主要為鎘銀合金，耐熱性、抗腐蝕性能好。 Zn基釬料 Au基軟釬料 其他低熔點(diǎn)軟釬料。包括： In（銦）基釬料 Bi（鉍）基釬料 Ga（鎵）基釬料 無鉛軟釬料軟釬料 Sn基及Pb基軟釬料：對銅等多種金屬均具有良好 硬釬料由于強(qiáng)度相對較高，可用于釬焊受力構(gòu)件。硬釬料包括：

35、Ag釬料 Cu基釬料 AI基釬料 Mn基釬料 Ni基釬料 Au基釬料 含Pd釬料 真空級釬料 其他釬料。包括： Ti基釬料 Fe基釬料 Co基釬料 Pt基釬料 膏狀釬料硬釬料四川省有色冶金研究院之無鉛釬料 硬釬料由于強(qiáng)度相對較高，可用于釬焊受力構(gòu)件。硬釬料包括AI基釬料：用于釬焊鋁及鋁合金Ag基釬料：綜合性能優(yōu)良，可以釬焊各種金屬，是應(yīng)用最廣的一類硬釬料。Cu基釬料：銅釬料：釬焊碳鋼、低合金鋼。銅鋅釬料：多種釬焊方法焊多種金屬。銅磷釬料：主要用于釬焊銅和銅合金，在電機(jī)制造和制冷設(shè)備上應(yīng)用廣泛。Ni基釬料：性能優(yōu)良，可焊多種金屬。揚(yáng)中市金星焊料有限公司之銅磷釬料釬焊帶AI基釬料：用于釬焊鋁及鋁合

36、金揚(yáng)中市金星焊料有限公司之銅 2.釬劑釬劑的作用是去除母材和液態(tài)釬料表面上的氧化物，保護(hù)母材和釬料在加熱過程中不被進(jìn)一步氧化以及改善釬料在母材表面的潤濕性能。對釬劑的基本要求 足夠之溶解或破壞表面氧化膜能力； 釬焊溫度范圍內(nèi)表面張力小、粘度低、流動性好、密度低； 熔點(diǎn)低于釬料合適溫度； 成分及作用穩(wěn)定（穩(wěn)定溫度100）； 產(chǎn)物密度低、易排除； 無強(qiáng)烈腐蝕作用、無毒性。 2.釬劑 二、釬焊方法的分類 1、按溫度分： 軟釬焊（soldering）釬料液相線溫度低于450； 硬釬焊（brazing）釬料液相線溫度高于450。 某些國家將釬焊溫度超過900而又不使用釬劑的釬 焊方法（如真空釬焊、氣體保

37、護(hù)釬焊）稱作高溫釬焊。3、按熱源分： 釬焊方法通常是以所應(yīng)用的熱源來命名的 。按熱源分類的釬焊方法見P211表9-3或GB/T5185-1985。2、按反應(yīng)特點(diǎn)分： 毛細(xì)釬焊大間隙釬焊反應(yīng)釬焊 二、釬焊方法的分類3、按熱源分：2、按反應(yīng)特點(diǎn)分：、烙鐵釬焊(iron soldering) 特點(diǎn)：溫度低 應(yīng)用范圍 ： 1、適用于釬焊溫度低于300的軟釬焊（用錫鉛或鉛基釬料） 2、釬焊薄件、小件需釬劑 利用烙鐵工作部（烙鐵頭）積聚的熱量來熔化釬料，并加熱釬焊處的母材而完成釬焊接頭的。、烙鐵釬焊(iron soldering) 特點(diǎn)：溫、火焰釬焊(torch brazing ; torch solde

38、ring) 利用可燃?xì)怏w或液體燃料的氣化產(chǎn)物與氧或空氣混合燃燒所形成的火焰來進(jìn)行釬焊加熱的。 特點(diǎn)：簡單靈活、應(yīng)用廣泛 應(yīng)用范圍 ：一般應(yīng)用中性焰或輕微炭化焰/通用氣焊炬或?qū)Ｓ免F焊炬（軟釬焊也可用噴燈）先加熱工件： 適用于釬焊某些受焊件形狀、尺寸及設(shè)備等限制而不能用其它方法釬焊的焊件 可采用火焰自動釬焊 可焊接鋼、不銹鋼、硬質(zhì)合金、鑄鐵、銅、銀、鋁等及其合金 常用釬料有銅鋅、銅磷、銀基、鋁基及鋅鋁釬料 、火焰釬焊(torch brazing ; torch s3、浸漬釬焊(dip brazing ; dip soldering)（鹽浴及金屬浴，適合于大批量生產(chǎn)） 把焊件局部或整體地浸入鹽混合物

39、溶液或釬料溶液中，依靠這些液體介質(zhì)的熱量來實(shí)現(xiàn)釬焊過程。3、浸漬釬焊(dip brazing ; dip sold4、電阻釬焊(resistance brazing)（加熱極快，生產(chǎn)率高） 利用電流通過焊件或與焊件接觸的加熱塊產(chǎn)生的電阻熱加熱焊件和熔化釬料的釬焊方法。4、電阻釬焊(resistance brazing)5、感應(yīng)釬焊(induction brazing)（加熱迅速，氧化少，主要釬焊比較小的工件）零件的待釬焊部分被至于交變磁場中，這部分母材的加熱是通過它在交變磁場中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的電阻熱來實(shí)現(xiàn)的。5、感應(yīng)釬焊(induction brazing)6、爐中釬焊(furnace brazing ; furnace soldering)（整體加熱，變形小，適合于批量生產(chǎn)）真空釬焊系統(tǒng)鋁釬焊爐利用電阻爐來加熱焊件?？諝鉅t、保護(hù)氣氛爐、真空爐6、爐中釬焊(furnace brazing ; furna三、釬焊工藝參數(shù)及確定 釬焊過程的主要工藝是釬焊溫度和保溫時間。 釬焊溫度通常選為高于釬料液相線溫度2560