陶瓷与金属的连接浅讲.PPT

陶瓷与金属的连接浅讲 （以钎焊氧化铝与紫铜为例） 选题原因及背景 01 连接方法 02 实验过程 03 结果分析与反思 04 CONTENT PART ONE 一、选题原因及背景 本科： 材料加工（焊接） 研究生： 陶瓷材料 陶瓷与金属的连接 一、选题原因及背景 一、选题原因及背景 陶瓷： 耐热，耐腐蚀、耐磨等优异性能。 但是 其自身的本身脆性成为限制该类材料工程应用的瓶颈， 此外，其超高的硬度使得材料的切削加工和成型变得困难。 金属材料：内部以金属键结合，具有很强的塑性变形能力、良好的导电性和导热性。 与此同时，其熔点低、硬度低、化学稳定性较差。 一、选题原因及背景 推进陶瓷实用化的方法之一，将其与塑韧性高的金属材料连接制成复合构件，取长补短。 汽车发动机增压器转子 飞机发动机 PART TWO 二、连接方法 二、连接方法 常用陶瓷/金属连接方法比较 二、连接方法 粘接：借助胶粘剂在固体表面所产生的粘合力， 将同种或不同种材料牢固地连接在一起的方法。 机械连接：借助结构设计的连接方法 , 有螺栓连接和热套连接两种 。 固相扩散：指在相互接触的表面，在高温压力的作用下，被连接表面相互靠近，发生塑性变形，经一定时间后达到原子间结合的过程。 烧釉封接：在空气中于陶瓷上烧结硅酸盐玻璃类物质, 然后再在还原气氛下与金属焊接。 二、连接方法 综上所述，尽管陶瓷与金属的连接方法为数不少， 但由于一些方法其自身局限性，应用范围受到限制。 钎 焊 是最有可能大规模推广实用的几种连接工艺之一。 焊接：通过加热 或加压 或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合 而形成永久性连接 的工艺过程。 目前陶瓷与金属连接中应用最多的是钎焊连接。 钎焊：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。 二、连接方法 陶瓷与金属材料常用的钎焊工艺有两种： 一种是陶瓷 表面金属化法， 即先在陶瓷表面进行合金化后再用普通钎料进行钎焊。 另一种是 活性钎焊法， 即采用活性钎料直接对陶瓷与金属进行钎焊。 二、连接方法 两种方法都涉及到钎焊材料的应用，前者主要是利用 常规钎料，后者主要是利用 活性钎料。 PART THREE 三、实验过程 三、实验过程 准备材料： Al2O3陶瓷（质量分数为99%）； 商用紫铜； 钎料Sn-0.3Ag-0.7Cu( 质量分数，% )； Ti粉 （纯度为 99.9% ）------用作金属涂层 钎焊装配示意图 三、实验过程 实验流程图： 1、准备材料 2、制备Sn-0.3Ag-0.7Cu-4Ti金属涂料 3、陶瓷表面金属化 4、钎焊 5、接头组织分析与力学性能测试 三、实验过程 陶瓷表面金属化粉末铺展示意图 钎焊装配示意图 首先以 20℃ / min 的速率升温至 500 ℃ ，保温时间 5 min，再以10 ℃ / min 的速率升温至 900 ℃ ，保温 30 min，然后以10 ℃ / min 的速率降温到 500 ℃ ，随炉冷至室温． 钎焊时以10 ℃ / min 的速率升温至钎焊温度600 ℃ ，保温时间5 min，然后以 10 ℃ / min 的速率降温至 200 ℃ ，炉冷至室温． PART FOUR 四、结果分析与反思 四、结果分析与反思 说明经过机械球磨过程后，金属化涂料中的钛以单质的形式存在，未与钎料发生机械冶金反应。 机械球磨对钎料的影响 图1 钎料与金属涂料XRD分析结果 四、结果分析与反思 金属化层的宏观和微观结构 图为金属化温度 900 ℃，保温时间 30 min 条件下得到金属化层的宏观形貌。金属化层均匀的铺满陶瓷表面，且平整度较好。 金属化层 与Al2O3陶瓷母材结合良好。从图可以看到金属化层中存在着呈现黑色、灰色和白色的三种相。 图2 金属化层的宏观形貌 图3 显微组织形貌