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真空钎焊陶瓷与金属
Release date:2022-08-08

陶瓷-金属焊接是研究的热点,因为它有多种应用,例如热交换器、连接器、电容器、热电、太阳能电池和复杂的结构接头。最常见和最广泛使用的陶瓷是氧化铝,它具有有趣的特性,例如高熔点、良好的硬度、优异的耐化学性和高耐磨/耐腐蚀性。随着现代工程设备和技术的出现,更多的应用需要高纯度的氧化铝和复合陶瓷。在许多情况下,氧化铝需要与金属结合才能发挥某些功能 几十年来,用于此目的的流行技术包括活性金属钎焊、扩散接合、超声波接合、微波接合和固态接合(有或无中间层)。一些研究人员已经研究了金属/陶瓷连接过程中润湿性的作用,并观察到导致金属/陶瓷连接成功的关键特性是填料润湿、扩散和化学反应的能力与接合面 。_ 然而,将陶瓷与金属结合的任务具有挑战性,因为它们在物理化学和机械性能方面存在巨大差异。

已开发出各种活性金属钎料,其中[敏感词]的是共晶 AgCu、AgCuTi、AgCuSnTi、AgCuInTi 和 Ti。Ag-28Cu (MP ≈ 780 °C) 系统的共晶成分通常更适合限制界面热应力并保持延展性。然而,这些活性填料中的大多数含有昂贵的银金属,这使得材料成本高昂。

其他先进的钎焊填料包含微米和纳米颗粒作为填料基质中的增强材料,以促进润湿和接头强度。在过去的十年中,纳米颗粒增强焊料和钎焊合金取得了巨大的进步,作为一种在与低温铝和锡钎焊相关的研究中控制金属间化合物 (IMC) 润湿和细化晶粒的潜在技术,以及由此产生的材料已显示出显着改善的润湿性和接头性能。然而,由于固有的纳米粒子偏析和诱导的分散杂质,纳米粒子的使用一直被批评为连接应用。. 关节界面处大量脆性 IMC 的存在会降低钎焊植入物的性能。因此,生物医学植入物(Ti-6Al-4V)和基台(陶瓷)接头的连接应使用几乎没有偏析和杂质的钎料。
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最近,高熵合金 (HEA) 已将合金设计方法转变为一种新的范式。HEA 具有新颖的核心效应,例如高混合熵、缓慢扩散(形成 IMC 的机会较小)、固溶相和晶格畸变。迄今为止,已经在航空航天、汽车、能量存储、传感和核电站等各个领域设计了各种HEA 。尽管 HEA 在各种应用中取得了这些有吸引力的发展,但它们在微连接中的作用仍然缺乏。

对于高熵效应,混合的吉布斯自由能(ΔG mix)更负,因此,各个元素优选以混乱的方式分布而不是形成IMC 。文献中有多种制备 HEA 的方法。以前的大部分报告都是基于电弧熔炼和铸造方法 。. 粉末冶金由于其均匀的微观结构和通过机械合金化扩展的固溶度等优点而在世界范围内变得流行。此外,烧结产品没有通常在铸造方法中突出的收缩凝固缺陷。最近,在 HEA 的 3D 打印和多材料连接方面出现了一些值得注意的作品. 然而,增材制造工艺在其商业应用中几乎没有障碍。例如,工艺具有相互依赖的工艺参数,通常难以控制以获得更好的微观结构特征。此外,在 3D 打印的 HEA 中形成针状马氏体结构可能会损害通过 SPS 工艺生产的 HEA 中不存在的接头特性。马氏体组织的控制还需要退火工艺以将它们的针状形状限制为等轴晶粒。因此,我们使用先进的粉末冶金技术开发了一种 AlZnCuFeSi 合金。获得了非 Cantor 双 BCC + FCC 型微观结构,以平衡 HEAF 的延展性和强度,以适应 Al-、Fe- 和 Cu 组分。Si和Fe分别提供高温稳定性和机械加工性。 

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