【摘要】：ZnS具有紅外透過(guò)率高、透波范圍廣等特點(diǎn),是目前應(yīng)用最廣泛的全波段透紅外窗口材料。傳統(tǒng)的光窗制造工藝是將ZnS以機(jī)械連接或粘接的形式與金屬框架相連。由于金屬框架的阻擋,降低了光電跟蹤系統(tǒng)的性能。為了解決上述問(wèn)題,本文提出用間接和直接釬焊兩種方式來(lái)連接ZnS。一種是采用化學(xué)鍍鎳和離子濺射對(duì)ZnS進(jìn)行表面預(yù)金屬化,再用SnAgCu連接。另一種是用低溫玻璃釬料直接釬焊ZnS。兩種方式都獲得了強(qiáng)度可靠的接頭。探究了工藝參數(shù)對(duì)接頭組織形貌的影響,分析了界面結(jié)合的機(jī)制和界面反應(yīng)層的演變規(guī)律。通過(guò)對(duì)化學(xué)鍍鎳工藝和機(jī)理的研究,得到了鍍層P含量和厚度可控、表面光潔、和ZnS結(jié)合良好的Ni-P層。通過(guò)ZnS粗化處理可以提高ZnS與Ni-P層的結(jié)合力。通過(guò)在不同溫度下進(jìn)行化學(xué)鍍,發(fā)現(xiàn)在90°C下可以得到P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.5%左右,適宜進(jìn)行釬焊的Ni-P層。在相同溫度下,鍍層的厚度與施鍍時(shí)間成一定的線性正相關(guān)關(guān)系,鍍速穩(wěn)定,90°C下的鍍速約為20μm/h。隨著溫度升高,鍍速升高,P的含量會(huì)下降。通過(guò)對(duì)界面形貌和元素?cái)U(kuò)散的分析,認(rèn)為Ni-P層與ZnS之間是以機(jī)械結(jié)合為主,并存在一定分子間作用力的物理結(jié)合機(jī)制。研究了SnAgCu釬焊預(yù)金屬化后的ZnS的工藝和機(jī)理。250°C下SnAgCu可以很好的潤(rùn)濕預(yù)置Au/Ni-P層的ZnS,潤(rùn)濕角為15°。分析了接頭的組織形貌和界面結(jié)構(gòu),界面形成的反應(yīng)層是(Ni,Cu)6Sn5或(Ni,Cu)3Sn4,Ni-P發(fā)生晶態(tài)轉(zhuǎn)變生成了Ni3P,釬料中有Ag3Sn析出。隨著釬焊溫度升高或者保溫時(shí)間延長(zhǎng),Ni-P層被不斷消耗,Ni3P厚度增加,反應(yīng)層逐漸生長(zhǎng)。由于Ni、Sn的擴(kuò)散速率的差異,形成了Kirkendall空洞。對(duì)220-280°C下保溫1-5min釬焊的接頭進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試,結(jié)果斷裂都發(fā)生在ZnS上,屬于脆性斷裂。研究了摻雜PbTi O3的Pb O-B2O3-Zn O玻璃釬料釬焊ZnS的工藝和機(jī)理。測(cè)試了特征溫度,確定了釬焊溫度在400-450°C。測(cè)試了釬料的熱膨脹系數(shù),與ZnS熱膨脹系數(shù)匹配性很好。接頭界面形成Pb S反應(yīng)層,釬料中彌散分布有Pb Ti O3顆粒。從熱力學(xué)角度驗(yàn)證了界面反應(yīng)進(jìn)行的自發(fā)性,認(rèn)為Pb S是S擴(kuò)散和玻璃體中的熔融Pb2+反應(yīng)生成的。隨著溫度升高和保溫時(shí)間延長(zhǎng),反應(yīng)層從無(wú)到有,厚度逐漸增加。采用燒結(jié)重熔的方式可以減少接頭中的氣孔缺陷。由于Pb Ti O3顆粒對(duì)焊縫的第二相彌散強(qiáng)化作用以及界面反應(yīng)形成的界面化學(xué)結(jié)合作用,所以接頭強(qiáng)度測(cè)試斷裂發(fā)生在ZnS上,接頭力學(xué)性能可以滿足使用的要求。
【圖文】：

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圖 1-2 F-35 戰(zhàn)斗機(jī)裝備的光電跟蹤系統(tǒng) EOTS目前，已有的紅外窗口材料有藍(lán)寶石、ZnS、ZnSe、Ge、Si、GaAs、GaP、AlON、MgAl2O4、MgF2、CVD 金剛石[15,16]等等。表 1-1 給出了一部分常用的紅外窗口材料的主要性能參數(shù)[17]。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TG454

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2556687