（材料学专业论文）活性钎料连接si3n440crmo接头的组织与性能研究.pdf

摘要 陶瓷连接愚陶瓷实瘸亿的关键之一。本文采耀a g c u t i p d 纤辩来连接 s i 3 n 4 陶瓷和4 0 c r m o ，研究了改变钎焊工艺参数和钎料中p d 含屠对钎焊接 凝组织帮毪能静影确。逶进螽接蠢镜、x 射线鬈辩、电子探铮等实验手毅对 s i 3 n d 4 0 c r m o 接头的界面反应、微观结构和组织及其对涟接性能的影响进行 了疆察与分叛，遴过对羧翻豹分援臻定了苓嚣条终下接头豹叛裂类型。 研究结果表明：采用a g c u t i m p d 5 ( a t ) 钎料，在1 1 9 3 k 保温3 0 r a i n 熬连接条传下，熬获褥一个较好熬连接接头，其曼点弯热强度值为3 5 2 。3 m p a 。 接头在靠近陶瓷一侧形成了一个t i n 反应层，靠近4 0 c r m o 一侧宥一个f e t i 、 f e ，t i 反废层，中蛹部分熬本上是禽a g 棚稠富c u 相组成购共晶体，其中分布 莆c u p d t i 三元化合穆。随着钎焊温度的升高和舔温时闯的延长，f e t i 、f e 矗i 反应层逐渐增厚。温度的升高，寓a g 相嗣富c u 相由小的流体状转变为大块 获豹蘑溶律，当澈度超过1 2 4 3 k 辩还崮袋了种躲裙f e s i t i 三元亿舍物。弯 曲断口观察表明，当钎料中的p d 含量为5 时，断裂是发生在靠近陶瓷一侧 懿最大残余应力鲶，这秘鼗裘吴骞较裹戆接头强发；姿镑辩孛懿麓会豢为 2 0 9 i 时，断裂直接发生在钎料上，发生这种断裂时接头述接强度低。 荧键词：a g c u t i p d , s i 3 n 4 4 0 c r m o ；灞性钎爆；秀面 堕玺堡：里銮娑堂l l ：鳖。；。；。；。；一；。 a b s t r a c t j o i n i n go fc e r a m i c s i so n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e sf o rt h e i rp r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s i nt h i sp a p e rt h ea g c u t i p df i l l e ra l l o y sw e r eu s e df o rj o i n i n gs i a n 4 c e r a m i ca n d4 0 c r m o n l ei n f l u e n c eo fb r a z i n gp a r a m e t e r sa n dt h ec o n t e n to fp d o nm i e r o s t r u e t u r ea n dp r o p e r t i e so ft h eb r a z i n gj o i n t sw a ss t u d i e d 。s i 3 n f f 4 0 c r m o i n t e f f a c i a lr e a c t i o na n dt h ee f f e c to ft h ei n t e r r a c i a lm i c r o s t r u c t u r eo nt h ej o i n i n g p e r f o r m a n c ew a so b s e r v e da n da n a l y z e db ym e a n so f s 嚣m 、x r da n de m p a + 髓l e f r a c t u r et y p eo f t h e j o i n i n gw a sc o n f i r m e db ya n a l y z i n gt h ef r a c t u r es u r f a c e s i 弧ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tar e l i a b l es i 3 n d 4 0 c r m o j o i n tc o u l db e o b t a i n e db ya d o p t i n ga g c u t i p d 5 ( a t ) a sf i l l e rm e t e r w h e nt h es a m p l ew a s b r a z e da tl1 9 3 kf o r3 0m i n , t h et h r e e p o i n tb e n d i n gs t r e n g t ho ft h ej o i n tw a s 3 5 2 3 m p a i nt h ej o i n t , t h e r ew a sat i nr e a c t i o nl a y e rc l o s et ot h ec e r a m i ca n da f e t ia n df e 2 t im i x e dr e a c t i o nl a y e rc l o s et ot h e4 0 c r m o n l em i d d l ep a r to ft h e j o i n tw 鼙a ne u t e e t i ec o m p o s e do fa g - r i c h e da n dc u - r i c h e ds o l u t i o n s e 堙d 嚣 t e r i m yc o m p o u n d sw e r ed i s t r i b u t e da m o n gt h ee u t e c t i c t h et h i c k n e s so f t h ef e t i a n df e 2 t im i x e dr e a c t i o nl a y e ri n c r e s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fb r a z i n gt e m p e r a t u r e a n dt h e h o l d i n gt i m e w h e nt h eb r a z i n gt e m p e r a t u r ei n c r e a s e d ，t h es m a l l f l u i d - s h a p ea g - r i c h e da n dc u - r i c h e ds o l u t i o nt r a n s f o r m e di n t ot h em a s s i v e s o l u t i o n , a n dan e wp h a s eo ff e s i t it e r n a r yc o m p o u n dw a sf o u n dw h e nt h e b r a z i n gt e m p e r a t u r ee x c e e d e d1 2 4 3 k t h er e s u l t so ff r a c t u r es u r f a c ei n d i c a t e d t h a tw h e nt h ec o n t e n to fp di nt h ef i l l e ra l l o yw a s5 ，t h ej o i n tf a i l e da tt h e l o c a t i o nc l o s e dt ot h ec e r a m i c sw h e r et h em a x i m u mr e s i d u a ls t r e s se x i s t e d ，a n di n t h i sc a s et h eb e n d i n gs t r e n g t ho f t h ej o i n ti sh i g h e r w h e nt h ec o n t e n to f p di nt h e f i l l e ra l l o yw a s2 嗍，t h ej o i n tf a i l e di nt h es e a m ，r e s u l t i n gi nal o w e rb e n d i n g s t r e n g t h k e y w o r d s ：a g c u t i p d ；s i 3 n 4 ；4 0 c r m o ；a c t i v eb r a z i n g ；i n t e r f a c e 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ： 日期：2 d d f 年月夕日 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 信息技术、能源和材料是现代文明的三大支柱，材料是人类生产和生活 的物质基础，是人类进步与人类文明的标志。长期以：来，金属材料的应用占 据了统治地位，但随着现代科学技术的不断进步，人们对材料性能的要求越 来越高，在许多高科技领域，传统的金属材料已经很难满足要求，其主导地 位正在逐渐的发生变化。一些发达国家已开始将研究的重点转向新型材料上， 如高分子材料、无机非金属材料和复合材料等，与之相应的高科技产品的应 用也越来越广泛。在无机非金属材料中，陶瓷材料有许多独特的优良性能， 在国防、能源、航空航天、机械、石化、冶金、电子等行业，正日益显示出 其广阔的发展应用前景，已引起世界各工业发达国家的广泛重视，各国竞相 投入大量的人力、物力予以研究，以至形成世界性的“陶瓷热”。例如，美国 7 0 年代的初的“脆性材料设计”，8 0 年代的a g t l 0 0 、a g t l 0 1 和c a t e ( 陶 瓷在涡轮发动机上的应用) 等以及接下来的为期十年的“先进材料和工艺计 划”，日本早在1 9 7 8 年也就制定了“月光计划”，还有八十年代的“未来工业 基础技术研究与开发应用”和“陶瓷燃气涡轮”计划，此外英国、法国、前 苏联、德国等都制定了一系列计划来发展本国的陶瓷业【”。我国也制定了一 系列发展陶瓷业的相关计划，特别是“8 6 3 ”、“9 7 3 ”计划及国家自然科学基 金中，列出了大量资金支持结构陶瓷的研究与开发。由于结构陶瓷具有耐高 温、低密度、良好的高温抗氧化性、抗腐蚀性和耐磨性的特点，它已经被广 泛的应用在发动机、燃气轮机等的零、部件上。 航空发动机用的高温材料从2 0 世纪4 0 年代的7 5 0 左右提高到1 2 0 0 左右，这是叶片合金、铸造工艺、叶片设计和加工以及表面涂层各方面共同 发展所作出的麸同贡献1 2 。虽然在现有基础上，可通过各种冷却技术使高温 合金的使用温度进一步提高p l ，但这已经接近高温合金的使用极限。与高温 合金相比，结构陶瓷的使用温度约提高了4 0 0 ，在非冷却情况下工作温度 可达1 6 0 0 ：密度仅为高温合金的4 0 ，相同体积的零部件可减轻重量约 6 0 ，特别是高速转子可大大减轻离心负荷；使用陶瓷还可因减少或取消冷 哈尔滨工程大学硕士学位论文 却系统而简化结构，使发动机紧凑，节省高温合金中镍、铬和钴等战略金属。 虽然陶瓷的优点十分明显，但其本质上的脆性却极大的限制了它的推广 应用。它不象金属那样具有塑性变形能力、具有可滑移的位错系统，当外加 能量超过一定的限度时，它只能以形成新的表面来消耗外加能量，即在陶瓷 体内形成新的裂纹表面导致破坏。因此，改善和提高陶瓷材料的韧性成为研 究者共同关注的课题。纤维强化被认为是提高陶瓷韧性最有效和最有前途的 办法，目前韧性较高的陶瓷就是纤维强化的复合材料，如碳化硅长纤维强化 的碳化硅基复合材料的韧性高达3 0 m p a m 崛。 在高温结构陶瓷的应用领域，尤其是在陶瓷发动机的研制中，s i 州。陶瓷 是理想材料之一。s i 3 n 4 是共价键化合物，氮硅原子间的健合力很强，这导致 氮化硅陶瓷高硬度、热膨胀系数小、耐磨性和耐蚀性好，在高温有很好的稳 定性，也因此在刀具、发动机零部件、密封环等领域得到广泛应用。但由于 它具有本征脆性和难加工等缺点，为了制造大尺寸和形状复杂的零件，需要 与其他类型的材料( 如金属材料) 组合，以连接体的形式来使用。日本石渡 正治综合了日本和美国等国家陶瓷发动机研究计划后认为“金属与陶瓷连接 技术”是必须解决的五大课题之一【4 】。欧美、日本等国成功的解决了s i 3 n 4 陶瓷与钢材料的连接问题，制造出了引擎的涡轮壳体【5 1 。 1 2 陶瓷与金属的连接技术 1 2 1 陶瓷材料的焊接性问题 由于陶瓷材料与金属健结构根本不同，加上陶瓷本身特殊的物理化学性 能。因此，无论是与金属连接还是陶瓷本身的连接都存在不少的特点和难点， 这些包括：( 1 ) 陶瓷材料主要有离子键和共价键，表现出非常稳定的电子配 位，通过熔焊使金属与陶瓷产生接触通常是不可能的，也很难被熔化的金属 所润湿。( 2 ) 陶瓷的线膨胀系数小，与金属的线膨胀系数相差较大，通过加 热连接陶瓷与金属时，接头中会产生残余应力，削弱了接头的力学性能，严 重时还会导致连接后接头的破坏开裂。( 3 ) 由于陶瓷的热导率低、耐热冲击 能力弱，集中加热时尤其是用高能密度热源进行熔焊时很容易产生裂纹。( 4 ) 陶瓷的熔点高，硬度与强度高，不容易交形，陶瓷的直接扩散连接比较困难， 2 哈尔滨工程大学硕士学位论文 i ii i | i i 要求被滋接覆嚣露乎整与涛灌，嚣虽连接湛度壤蹇，虽醛阕氇较长。 5 ) 大 部分陶瓷的导电性很蓑或基本上不导电，很难用电焊方法进行涟接，一般要 取特殊鹣接熬1 5 】。 1 。2 。2 陶瓷与金震连接接头性能的要求 工业上应用较多的楚陶瓷岛金属材料的焊接，而且威用范围在不断增大， 对陶瓷众属的洋接接头性能的要求也越来越高。对陶瓷和金属掉接接头往能 的总体鼹求为【6 】： ( 1 ) 陶瓷专佥耩的焊接接头，努矮吴寄较高静强度，这楚焊接绥构件豹基本 要求； ( 2 ) 簿接接头必矮吴裔囊空豹密往 ( 3 ) 接头的残余应力应当最小，焊接接头在使用过程中应具有耐热性、耐蚀 性秘热稳是犍； ( 4 ) 焊接工艺戍尽可能简化，工艺过稳稳定，生产成本低。 1 2 3 陶瓷与金属的连接方法 陶瓷与金瘸连接技术发戚较罩。1 9 3 5 1 9 3 9 年，德国西门子公司酶 w a t t e r y 和德律风根公司的p u l f r i c h 分别独立的发明了在陶瓷表面喷涂一层高 熔点金耩( 翔n i 、m o 、w 等) ，盒震纯薤理之簌进行瓣汝纤霹静方法，疆裁 造陶瓷电子管，这便是著名的德律风根法。1 9 5 0 年n o l t e 等发明了用予陶瓷 袭嚣金满纯静m o - m n 浚，接下卷在5 0 牮代霍鳓年鼠c o l e 、f o l y d 窝d e n t o n 等人进行了一系列改进，这种方法己成为电子王业中氯化物陶瓷最基本的连 接方法。与兹弱辩，b o n d t e y 在1 9 4 7 零发疆了t i l l 2 活魏金弱滋，1 9 5 4 每经 燕国的h b e n d e r 等人作了改进，进而发展成为a g c u - t i 法，经过几十年的 发最，a g - c u - t i 锌料已经发展成为比较成熟的添佳钎料。 陶瓷与金属的连接方法有撤多种，其中主蘩有机械连接、粘结、烧釉封 接、熔焊连接、固相连接、超声连接、摩擦焊、微波连接、过渡液相逡接、 局部过渡液相连接、表蕊活纯谶接、蠢整延高漱合成连接、场渤扩散漆绥、 混合氧化物连接、钎焊连接等) 亨法，各种方法都有其优点和不足之处。机械 连接蓬院较传统豹一释方法，篱肇餐容蓊形成缀大静斑力集中。稻结连接毽 哈尔滨工程大学硕士学位论文 是一种较古老的连接工艺，其原理是通过粘结剂来减低和均匀分布应力，但 接头强度低，对于多数粘结剂，使用温度不能超过3 0 0 c s , 9 】，和机械连接一 样，主要应用于对性能要求不高的场合。烧釉封接【l o l 是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，但接头的釉层龟裂 及内应力严重。熔焊连接【6 7 1 包括激光焊法、电子束焊接法、电弧焊接法，其原 理是利用高能源使接头区局部融化而进行焊接的方法，由于加热速度极快， 融化区极窄，只能形成较小面积的面面连接，且工艺简单，成品率低，质量 也不稳定【h l 。 固相连接i 6 , 7 1 包括扩散连接、反应连接、各向同时加压法等。扩散连接是 指相互接触的表面，在高温和压力的作用下，被连接表面相互靠近，局部发 生塑性变形，经一定时间后结合层原子间相互扩散，而形成整体的可靠连接 的过程i l ”。最常用的扩散连接是固相扩散连接，其特点是密封性较好，接头 质量稳定，且高温性能和耐蚀性能好1 1 3 1 ，可以精确控制尺寸和实现大面积连 接，但扩散焊需要较长时间，设备复杂，成本较高，且连接的构件尺寸往往 受到限制【1 4 1 。 超声连接时间很短( 低于l s ) ，对连接表面的清理要求不高【1 1 l ，通过选择 合理的参数，可以获得高质量的接头性斛1 5 】。摩擦焊是利用焊件接触面之间 的相对摩擦运动和塑性流动所产生的熟量，使接触面及其近区金属达到粘塑 性状态并产生适当的宏观塑性变形，通过两侧材料间的相互扩散和动态再结 晶来完成焊接的，它是一种固态焊，其特点是它具有广泛的适应性，焊接过 程可靠性高，焊件尺寸精度较高，另外，它还有易于操作、对焊接面要求不 高、高效低耗等优点，但其受焊件形状的限制f 1 2 1 。微波连接是依赖于使用微 波能使陶瓷材料升到足够高的温度，以完成部件的焊接，其最大特点是从材 料内部均匀加热而不像大多数方法那样是靠外部热源来加热的【1 6 - 1 9 ，它节能、 升温速度快、加热均匀、连接强度高，但难以准确控制温度【1 l 】。 用于连接陶瓷的过渡瞬间液相连接严格来说应该称为局部过渡液相连接 u 1 ( p t l p b p a i t i a lt r a n s i e n tl i q u i dp h a s eb o n d i n g ) ，原理是通过使用多层金 属( 或合金) 中间层，芯部为较厚的耐热台金，两侧为很薄的低熔点合金， 在连接温度下，中间层融化并在随后的保温过程中通过原子的扩散使液相消 失而等温凝固及成分均匀化。它兼有钎焊和扩散焊的优点，连接温度较低、 接头强度高及耐热性能好，不足之处是可供选择的合金系有刚t 1 1 j 4 1 。 表面活化连接是一种室温连接方法，它利用氩等惰性气体的中性低能原 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 予素照鸯重建瓷与众震豹遗接表瑟，捷表露清洁、愿子滔纯，瑟瑟在压力下逶 过表面间的相甄作用实现陶瓷妫金属的室温连接【i n 。自蔓延高温合成连接 ( 篱黎s h s ) ，怒皴s 塔友应放爨熬热为囊能热源，以s h s 产物为焊料，在 陶瓷和盒属间形成牢固漩接的过程【2 5 】，其特点怒工艺可调性好，节能，反应 周期短，采用合理的工艺可降低接头的残余应力，但由于反应速度快，难以 脊效控铡过程 1 3 2 5 。场助扩散连接是一种在电场辅助作用下的黼相扩散连接 方法，其特点是连接温度低，被焊材料变形小，连接时间短，操作简便。混 含氧证貔连接蔻采厝类侏予陶瓷骁结时所用的溉合荤纯物玻璃餍材耩，在一 定温度下这些氧化物熔化，并通过化学反应将陶瓷与金属连接农一起【1 l 】。 锌辫连接是采用魄霹榜熔纯滠度低豹钎辩，将簿僻帮钎籽翻熬妥离子钎 料熔点低于母材熔点的溆度，利用液态钎料润濑母材、填充接头间隙并与母 秘褶夏扩教实瑰连接鹣辫接方法。锌烽遴接雹捺m o - m n 法、溪性金震法、 陶瓷熔撩法等，现在应用最多、凝成功熄是活性金属钎焊连接i 怕0 7 m l 。网前， 煲冒等嗣家已礤铡成功掰型连接技；r - - a r c j o i n 王艺，_ 童要用予s i c 嘲瓷懿 连接，其特点是接点具有合适的显徽结构，特删是接点的热机健能与碳化硅 材料豹热规性能耀适应，它在漫渗湿度下不罴使用高温夹具1 2 6 ，但该法的接 点的显徽结构不均匀及接点有断裂现象簿缺点。 通过综合比较各种连接技术的优缺点后，灞性金属钎焊技术1 3 2 。3 习以其工 芑简萃、连接强度赢、络采重复性好、接头尺寸及形状受限锖l 少、有中等耐 高温性能、相对成本低、适应工业规模生产等一系列优点而成为陶瓷连接的 蓠选秀法。 1 。3 陶瓷活佼金属钎焊原遴 由予钎焊是使钎辩熔亿为液卷，丙蹲材保持阉态，液态钎料在母材的间 隙中或袭面上熔化、毛绷流动、填充、润湿，避而与母材相互作用导致钎料 凝露辩囊成冶金结合静方法。熔融钎辩辩霉材静澜湿毪建钎簿成功的蓠簧医 豢。钎焊时，熔化的液态钎料与固态母材接触，必须很好的润滠母材表面， 才藐壤瀵锌烽阗藩。溺滋挂麓豹好坏壹澜瀑霆大小来表承，露鬻l 。l 繇示。 其中润激角为0 ，固一汽表面张力丫s ，液汽表面张力，以及液固表面张力 翔存在戳下关系： 哈尔滨工程大学硕士学位论文 i i i i _ _ _ i i i i i i 韩* 豫+ 斡s e ( 1 - 1 ) 或 c o s 盼讯一氍) ， ( 1 - 2 ) 这就是著名的y o u n g s 方程。0 表器润温的程度，0 - - 0 。时，表示完全润 澡，9 0 0 怒分界线，0 0 0 9 0 0 时，称为润湿，9 0 0 ，熬爨势涮麓w 3 。5 释w 0 。5 瓣 众翊嚣磷纛鬻缝毙。经线臻骞l 褥裁豹4 0 c r m o 镧试榉季孥爆羧溪魄较平熬，霹 菝藏羧餐麓8 0 0 鞭秽纸避移璐薅，然嚣擞燹。试襻藏好麸瓣，效入嚣戮申使 胶滚鳃，激癫试榉。本磺巍艨麓轷籽孛聪禽爨分剃为5 鳐、1 0 、2 0 ( a t ， ) ，逶避换簿褥爨苓弱斑禽爨辩a g ：c u ：t i ：p d 熬鬟爨蠢分会纛滋爨，必翔 1 7 咯宠滨工禚大学硬士学位论义 - i j ；葺 f a l 0 0 4 型电子天平秤出a g c u - t i 钎料的重量，然后按比例称取p d ，组成 a 舻c u - t i - p d 组合错斟。钎姆连接传和钎料壤备好以后，一起放入捌丙酮中进 行超声波清洗2 0 分钟。清洗工作完成以后，把试祥和钎料按如图2 2 方式进 行装配，并用5 0 2 胶糙接，将准备好的连接件放到石墨夹具中，连接件上放 置一，j 、砝戮，压力大小为4 3 7 7 5 n ，戳傈诞焊接j 童程中陶瓷与诵紧密接触。 具体如图2 3 所示。 图2 2 舒焊遴接停的装配示意网 型 b 型 圈2 3 钎掉试样装黼剖面图 1 3 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 4 钎焊工艺的确定 由于没有现成的a g c u - t i - p d 四元相图，我们利用三元相图来初步确定 钎焊温度。根据计算确定的a g c u t i _ p d 中各成分的重量百分含量分别为a 、 b 、c 、d ，按照图2 4 、2 5 中a g c u - p d 三元合金和a g - c u t i 合金的三元相图， 可以分别求出六个液相线温度，其中的最高温度为a 。对于共晶钎料，钎焊 温度往往选取在液相线以上1 0 。因此本试验选取的钎焊温度为a + 1 0 。 钎焊工艺如图2 6 所示。首先以3 0 m i n 的速率升温至3 0 0 ，保温5 m i n ， 使粘接试样的有机胶充分挥发，从而保证连接面不受污染。然后以1 5 m i n 的速率升温到7 0 0 后，再以5 m i n 的速率升至钎焊温度t ，保温一定时间 t ，t 和t 的变化范围见表2 3 ，表中b 型装配方式所用钎料是a 型装配方式 的二倍，按照s i 3 n 4 a g c u t f f p d a g c u t i 4 0 c r m o 的三明治形式装配，见图2 2 。 钎焊完成后，以5 m i n 的速率降温到7 0 0 后，再以3 0 r a i n 的速度降温 到3 0 0 ，然后随炉冷却。在钎焊过程中，保持炉内真空度为2 1 3 x 1 0 。p a 。 图2 4 a g - c u - p d 三元相图m 】 1 9 5 洽尔滚工橙大学磋士学位论文 _ ii i i i i l i i l l l li ii l l l l l l l l li i v 糕 媾 萄2 5a g - c u - t i 兰元稚镯 时越( m i n ) 躇2 ，6 舒弹王慧示激强 表2 3 钎焊试验工艺参数 钎料 p d 含量( a t )t 暇)t c m i n ) 装配方式 压力( n ) 1 1 4 3 1 1 9 3 1 0a 1 2 4 3 51 2 9 3 1 1 9 31 0b 2 0 1 1 9 3a 3 0 1 2 4 3 1 01 2 9 31 0a a g - c u - t i - p d 4 3 7 7 5 1 3 4 3 1 2 9 3 1 3 4 3 1 0 a 1 3 9 3 1 2 9 3 2 0 1 3 4 3 1 0 b 1 3 9 3 2 0 1 2 9 3b 3 0 2 5 钎焊接头三点弯曲强度的测定 连接件性能的好坏往往通过三点弯曲强度试验来评定。我们在 i n s t r o n - 5 5 6 9 型万能试验机上进行连接件的三点弯曲试验，图2 7 为三点弯曲 强度测试试件示意图。 2 1 哙黎演王纛大学磺士攀位谂交 - _ i i ii ii 鞲 弱2 7 量痣弯麴强发渡验零爨鬻 其审试梯足寸凳3 x 4 x 3 51 1 1 1 1 ：1 3 。试骏孛嚣逡跨耀隽3 0 m m ，滋头移貔遽 攀蔑o 。5 r a m r a i n 。三熹驽熬强度添过公式 o 时，艇应不能自发进行，当a g o ，因此可以判定该反应不能 自发进行，证瞻第一种反成界面不可能形成。第二种连接养露可能的反应怒； s i 3 n 4 ( s ) + 4 t i ( 1 ) - - 4 t u n ( s ) + 3 s i ( s ) ( 3 2 ) a g = - 6 1 3 + o 泓r ( 搿m o i ) s i 3 n 4 ( s ) + 8 骶( 1 ) = 4 骶2 n ( s ) + 3 s i ( s ) ( 3 3 ) 穰旗 式中自予 分别缺少髓5 s i 4 和t i 5 s i 3 的热力学数据，没法计算殿应的a g 值，襁冼爱平的 论文孛提剿t i 5 s i 4 葶鞋墨5 s i 3 在1 3 7 3 k 时敕撂准g i b b s 自由能分别戈* 6 5 3 k j m o l 和。1 9 1 日m 斌，这魑g i b b s 数据说明，在本文的研究温度范围内，上述啊与 s i 的反应都能自发避行，但是这只能 正明反应进行蛇可能性，具体存在何；盼 反斑物，敷根据实验分析的结果确定。 在靠近4 0 c r m o 钢一侧，根据对界面出元素分析的结果，我们认为可能 避行的反您为： f 酣啪= f e n( 3 9 ) 2 f e + t i = f e 2 t i ( 3 1 0 ) 参考无机物热力学数据手册【7 3 】，分别查得在1 0 0 0 k 1 4 0 0 k 之间，f e t i 的生 成囊叁憝a g 分裂崧3 3 9 6 k j m o l - 2 6 。5 2k j t o o l 之瓣，聪f e 2 t i 豹宝或塞痤l 能a g 分别在- 7 3 7 8k j t o o l _ 6 0 9 6 k j m o l 之间，避说明f e t i 、f e 2 t i 的反应 均蠢可能发生，扶热力学的计算数馕来看，2 弧反应熬吉耀袈自巍能更受一 些，说明f e 2 t i 反应进行的可能性更大。 从图3 1 9 中可以看出，p d 元素基本上均匀的分毒在中间舒料会金中，没 有发现p d 冗素的嘲显偏聚，说明黝元素在这个溆度进行钎焊时，它基本上 是洛解在a g c u 共鼹钎料巾。没有与其他党素反威，形成化合物。 鍪3 。2 为傻溺a g c u t i p d s a t 释料在1 1 4 3 k 钎浑l o 分镩对，钎焊接头的 组织，表3 1 为图3 2 中特定区域的元素成分。从阕3 2 可见，在靠近陶瓷一 餐| 爱藏了一层缀薄鹃反应滋，懿蚕巾a 熹繇示，英藏分秀a g l l 1 7 c u 3 。2 1 t i 2 0 3 l s i 3 2 4 1 ，从这组成分中，我们可以看出反应层处有较多的g g 和c u ，这是由 予铮挥湛发低，钎辩熔纯爱扩敖苓宠分，瓣瓷簿瓣爨瑟处狳了套熬聚集之终， 还残存一寇最的a g 和c u ，因此a 点除了形成t i n 和t i 5 s i 3 的混合物，还有 晗尔滨工程犬学硬士学位论文 1 1 1 1 i i 一 a g 和c u 钎料存在。a 点处n 的含量比钎料中高很多，遮说明部分t i 已疑从 钎辩中向陶瓷，钎料界面扩教，并且在陶瓷侧形成聚集。丽a g 、c u z ；与陶瓷 或钢反应，t i 向两倒扩散的同时，a g c u 的扩散方向与前相反。另外，由于反 应层很薄，导致电子束斑中可能包食了反皮层两侧基体材料的信息。参考文献 【删，结合圉3 j 3 的x 射线衍射分析，可戳认为该妊的组戒为强q 十t i 2 n + 麓t 筑 + a g c u 共晶。由于t i 5 s i 3 和t i 5 s h 的x 射线谱极为接近，具体存在的是哪相 需要傲进一步实验才能证鲷，参考文献附目等，多数作者认为 i i - s i 爱应中他骗 相的存在，而t i s s i 4 是否存在介绍的特别少，在本文的内容中认为只有t i s s 3 穗匏存在，至于其撼的t i - s i 二元亿朝犍，箕谱线与涮据的x 射线谱摺差裟远， 可以认定不存在这些相。 ( 韪) 靠避掏瓷一舞| 接头组缓；0 硝鼙近镶搠接头组织：( c 激头整体澎貌 圈3 , 2a 9 5 4 6 7 c u 3 5 9 6 t i 4 3 7 p d 5 ( a 蹦) 钎料在1 1 4 3 k 钎焊1 0 m i n 的背散射电子像 哈尔滨工程大学硪士学位论文 袭3 1 黧3 2 孛各熹照菠睡成分 元豢 含