本文關(guān)鍵詞：石墨烯-泡沫銅中間層的制備及其釬焊機(jī)理研究

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【摘要】：陶瓷與金屬釬焊時(shí)因?yàn)閮蓚?cè)母材巨大的性能差異而出現(xiàn)的過(guò)大殘余應(yīng)力是影響其接頭性能的關(guān)鍵因素之一。目前,為了解決陶瓷-金屬釬焊接頭的高殘余應(yīng)力問(wèn)題,主要通過(guò)優(yōu)化釬焊中間層或利用增強(qiáng)體強(qiáng)化釬料性能等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)陶瓷-金屬的高質(zhì)量連接。在眾多的中間層材料中,泡沫金屬因?yàn)槠淞己玫淖冃文芰投嗫滋匦灾饾u成為研究的熱點(diǎn)。但是值得注意的是,釬焊過(guò)程中熔融釬料會(huì)浸入到泡沫金屬中間層的孔洞中并與其三維骨架發(fā)生相互的擴(kuò)散和溶解從而導(dǎo)致中間層的坍塌,降低其緩解殘余應(yīng)力的效果。石墨烯作為一種新型的納米材料,已在復(fù)合材料/釬料中得到廣泛的研究和應(yīng)用。其不但具有優(yōu)秀的力學(xué)性能,還具有特殊的層片狀結(jié)構(gòu)。可以設(shè)想,如果結(jié)合泡沫金屬疏松多孔和變形良好的優(yōu)勢(shì)以及石墨烯結(jié)構(gòu)和性能的特點(diǎn),制備出一種石墨烯-泡沫銅中間層,其緩解殘余應(yīng)力的能力勢(shì)必大大提高。本文采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)原位制備石墨烯-泡沫銅中間層。研究表明石墨烯最佳生長(zhǎng)工藝參數(shù)為沉積溫度960℃、沉積時(shí)間10min、氣體流量比CH4:H2/Ar(H2=17%,Ar=83%)=10:90。在此工藝參數(shù)下制備的石墨烯缺陷少、晶化程度高、結(jié)構(gòu)完整性好。以泡沫銅為基體原位制備的石墨烯增強(qiáng)泡沫銅中間層。經(jīng)測(cè)量及理論計(jì)算驗(yàn)證,石墨烯添加量可達(dá)1.8vol.%。DSC結(jié)果表明,在高溫環(huán)境下石墨烯仍與泡沫銅基體結(jié)合良好,沒(méi)有出現(xiàn)碳元素的溶解現(xiàn)象。以Ag-Cu-Ti為活性釬料釬焊一種典型陶瓷金屬連接體系,即Al2O3陶瓷和Nb。在釬焊參數(shù)為880℃/10min下,以純泡沫銅為中間層時(shí)釬焊接頭的典型形貌是Al2O3/Ti-O+Ti-Cu+Ti-Al+Cu3Ti3O/Ag(s,s)+Cu(s,s)/Ti-Cu+(Ti,Nb)/Nb;而應(yīng)用石墨烯-泡沫銅中間層后,原來(lái)焊縫中部的大塊連續(xù)Cu(s,s)+Ag(s,s)變?yōu)榱薃g-Cu共晶以及均勻分散的Cu(s,s),同時(shí)焊縫變寬。研究表明采用石墨烯強(qiáng)化的中間層時(shí),隨著焊接溫度的提高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng),焊縫連續(xù)性越來(lái)越好,焊縫距離逐漸變窄,接頭剪切強(qiáng)度都呈先升高再降低的趨勢(shì),其最高強(qiáng)度可達(dá)104.2MPa。石墨烯強(qiáng)化的中間層相較于原始的中間層來(lái)說(shuō)接頭抗剪強(qiáng)度明顯提高,平均提高約35%。研究了泡沫銅做中間層在釬焊過(guò)程中的坍塌行為以及石墨烯的作用機(jī)制。結(jié)果顯示,泡沫銅在釬焊過(guò)程中發(fā)生的坍塌現(xiàn)象源自自身軟化及其與釬料相互擴(kuò)散溶解。石墨烯強(qiáng)化后,由于其特殊結(jié)構(gòu)所致的阻隔作用,會(huì)極大緩解釬料與中間層骨架之間的元素?cái)U(kuò)散及溶解,極大限度地保留了泡沫銅的三維結(jié)構(gòu),進(jìn)而泡沫銅可充分發(fā)揮其三維骨架結(jié)構(gòu)及自身變形能力等特點(diǎn)以緩解接頭的殘余應(yīng)力,實(shí)現(xiàn)接頭的高質(zhì)量連接。分析了泡沫銅和石墨烯的強(qiáng)化機(jī)理。相對(duì)于銅箔中間層,泡沫銅的多孔三維結(jié)構(gòu)可形成互鎖型的接頭,具有優(yōu)異的調(diào)節(jié)接頭區(qū)域的線膨脹系數(shù)能力;同時(shí),對(duì)Al2O3與Nb釬焊連接所致應(yīng)變能進(jìn)行比較計(jì)算可知,選用石墨烯-泡沫銅中間層可顯著地緩解接頭的殘余應(yīng)力。此外基于復(fù)合材料增強(qiáng)理論分析,發(fā)現(xiàn)石墨烯自身優(yōu)秀的機(jī)械性能對(duì)接頭性能也起到了強(qiáng)化效果。
【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】：2015
【分類號(hào)】：TG454

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 吳京洧,楊建國(guó),方洪淵;復(fù)合釬料的特點(diǎn)及研究現(xiàn)狀[J];焊接;2002年12期

2 任艷紅;朱穎;曲平;康慧;;緩解陶瓷與金屬釬焊接頭殘余應(yīng)力的新方法研究[J];新技術(shù)新工藝;2012年03期

3 劉曉英;馬海濤;羅忠兵;趙艷輝;黃明亮;王來(lái);;Fe粉對(duì)Sn-3Ag-0.5Cu復(fù)合釬料組織及性能的影響[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2012年04期

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本文編號(hào)：1195771