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《ti_cu_ti部分瞬間液相連接si_n_的界面反應和連接強度》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、Ti_Cu_Ti部分瞬間液相連接Si_3N_4的界面反應和連接強度第11卷第2期中國有色金屬學報2001年4月Vol.11No.2Apr.2001TheChineseJournalofNonferrousMetals[文章編號]1004-0609(2001)02-0273-06Ti/Cu/Ti部分瞬間液相連接Si3N4的界面反應和連接強度周飛1,李志章2(1.江蘇理工大學材料系,鎮(zhèn)江212013;2.浙江大學材料系,杭州310027)1[摘要]用Ti/Cu/Ti多層中間層在1273K進行氮化硅陶瓷部分瞬間液相連接,實驗考察了保溫時間對連接強度的影響。用SEM,EPMA和XR
2、D對連接界面進行微觀分析,并用擴散路徑理論,研究了界面反應產(chǎn)物的形成過程。結果表明:在連接過程中,Cu與Ti相互擴散,形成Ti活度較高的液相,并與氮化硅發(fā)生反應,在界面形成Si3N4/TiN/Ti5Si3+Ti5Si4+TiSi2/TiSi2+Cu3Ti2(Si)/Cu的梯度層。保溫時間主要是通過影響接頭反應層厚度和殘余熱應力大小而影響接頭的連接強度。[關鍵詞]部分瞬間液相連接;氮化硅;擴散路徑;界面反應;連接強度[中圖分類號]TG454;TG113.26[文獻標識碼]A氮化硅陶瓷因其優(yōu)異的物理、化學和力學性能而被廣泛地應用到工業(yè)的各個領域。但由于氮化硅是共價鍵結合的化合物
3、,———————————————————————————————————————————————其固有脆性限制了形狀大而復雜的構件的制備,因此需要陶瓷連接技術將形狀小而簡單的陶瓷件連接成形狀大而復雜的構件。目前,活性金屬釬焊和固相擴散連接是陶瓷/金屬(陶瓷)連接的常用工藝方法。然而,由于陶瓷與金屬的熱膨脹系數(shù)和彈性模量相差較大,在連接界面附近易產(chǎn)生很大的殘余應力而削弱連接強度。為了實現(xiàn)陶瓷/金屬(陶瓷)的可靠連接,人們提出緩沖界面應力的陶瓷/金屬(陶瓷)部分瞬間液相連接(PTLPbonding)工藝[1~4]。目前,活性金屬部分瞬間液相連接陶瓷的中間層主要有Ti/Ni/Ti
4、[1,2,4]。由于Ni與Ti反應生成NiTi共晶脆性相,導致接頭連接強度較低,而Cu是較好的緩沖層材料[5],如果接頭中存在中間層Cu,將起到釋放殘余應力的作用。文獻[6]根據(jù)Ti/Ni/Ti與Ti/Cu/Ti部分瞬間液相連接氮化硅的界面行為,建立了活性金屬部分瞬間液相連接陶瓷的理論模型。本文作者利用SEM,EPMA和XRD等測試手段,主要研究Ti/Cu/Ti部分瞬間液相連接Si3N4的界面反應機理和擴散路徑以及保溫時間對界面反應和連接強度的影響。mm@19mm@6mm,Cu和Ti的純度大于99.8%,Cu的厚度為0.8mm。用丙酮將Ti粉制成漿料,然后在Si3N4陶瓷的
5、連接面上涂上0.2mm厚的Ti粉涂層。按Si3N4/Ti/Cu/Ti/Si3N4的順序裝入夾具中進行連接,連接壓力為0.16MPa。通入氬氣進行保護,達到連接溫度1273K后,分別保溫15,25,35和60min。用SEM,EPMA和XRD對接頭進行微觀分析。用四點彎曲的方法測定接頭的室溫和高溫彎曲強度,彎曲強度數(shù)據(jù)均為同一工藝條件下3個試樣的平均值?！?結果與分析2.1界面的EPMA和XRD分析根據(jù)Eillingham圖可知,每摩爾N2參與反應形成Si3N4和TiN時的生成自由能為
6、:$Gf?(Si3N4)/(kJ#mol-1)=-396.48+0.2066T$Gf?(TiN)/(kJ#mol-1)=-679.14+0.1915T(2)由式(1)和(2)可知:Si3N4沒有TiN穩(wěn)定。當Ti與Si3N4在高溫接觸時,Ti將與Si3N4中的Si和N反應,生成TiN和Ti的硅化物。圖1(a)~(d)顯示在1273K,保溫25min時,Si3N4/Ti/Cu接頭剖面的掃描電鏡照片和元素的面掃描分析圖像。通過對比可以發(fā)現(xiàn),接近氮化硅陶瓷的反應層中幾乎不含有Cu,但Ti的含量明顯高于Si的含量;第二反應層(1)1實驗方法試驗采用氣壓燒結的B-Si3N4陶瓷,尺寸
7、為191[[][](,,,.#274#中國有色金屬學報2001年4月圖1Si3N4/Ti/Cu的接頭剖面的掃描電鏡照片和Si,Ti,Cu的面掃描分析圖Fig.1Microstructureandelementareadistributionimagesof———————————————————————————————————————————————Si,Ti,CuforSi3N4/Cujointat1273Kfor25min(a))SEMimage;(b))Si;(c))Ti;(d))Cu則含有Ti,Si,Cu;表
