两种Pd_Ni基高温钎料在Si_3N_4陶瓷上的润湿性
钎焊复习题答案
钎焊复习题——0529101班第一章：1.用能量最小原理推导润湿角与材料表面张力、界面张力之间的关系公式太麻烦就没写，我有手写版的，大家互相问一下也行。
2.推导钎料在平板间隙中上升高度与钎料表面张力、润湿角之间的关系同一水平面上的压力相等，所以得到液面上升高度为⎪⎭⎫⎝⎛+=∆2111RRPLGσθσαασααθπθπθπθπcos2coscos)2()2()2()2(LGLGdRdPP==⋅⋅∆=⎰⎰------⊥h aθΔRagh LGθσρcos20-=gah LGρθσcos2=3. 评价钎料润湿性和铺展性能的方法1) 润湿角测量一定体积的钎料 采用相应的去膜措施在规定的温度保持一定的时间 冷凝后切取横截面，测量润湿角2) 铺展面积测量条件同上凝固后测量铺展面积3) 沿T 型试件的流动长度 4) 润湿力测量在试片浸入和拉出的期间测量作用在试片上的作用力，通过信号变换器在记录仪上作为时间的函数连续记录5) 润湿角测量在试片浸入和拉出的期间测量试片上钎料的接触角并记录4. 温度是如何影响钎料在母材上的润湿性的液体的表面张力与温度的关系Am ：一个摩尔液体分子的体积；K ：常数；T0：表面张力为零时的临界温度；τ：温度常数随着温度的升高，液体的表面张力减小，提高了润湿性 温度升高，固液反应增强，界面张力减小温度升高过度，钎料铺展性太强，会造成钎料流失5. 金属表面的氧化物是如何影响钎料的润湿性的填缝高度计算(续)aS P P =0SSS 0设S 0’为参考点，其表面处的压力为大气压力 aS PP ='0S 1的压力：大气压力+附加压力RP P a S σ-=1S 0的压力：P S1+液柱高度产生的压力gh RP P a S ρσ+-=0S 0 和S 0’的处于同一高度，压力应该相等gh Rρσ=2)cos(aR =θ得到：ga h ρθσcos 2=再由 因此： aS P P =0)(03/2τσ--=T T K A m金属表面上总是存在着金属氧化物，在有氧化膜的金属表面上，液态钎料往往凝聚成球状，不与金属发生润湿，这是由于表面氧化膜具有比金属表面更低的表面张力。
金属和陶瓷的钎焊技术及新发展
金属和陶瓷的钎焊技术及新发展金属和陶瓷的钎焊技术及新发展摘要：综述了金属和陶瓷常用的钎焊工艺和部分瞬间液相(r,rlp)钎焊法，指出了金属和陶瓷钎焊的难点，展望了其发展趋势。
活性金属钎焊能有效改善陶瓷表面的润湿性，具有广泛的应用前景，而pn』p法为金属与陶瓷的高强度耐热连接开辟了一个新途径，正不断引起人们极大的兴趣和关注。
关键词：金属；陶瓷；中图分类号：tg454钎焊；部分瞬间液相钎焊文献标识码：a工程陶瓷以其优异的耐高温、耐腐蚀、耐磨损的性能特点．已发展成为被普遍认可的高性能结构材料，但陶瓷件塑性差、不耐冲击．使其应用受到限制i1]。
金属和陶瓷的钎焊技术可以实现2种材料性能优点的相互结合，从而有效扩大其应用范围。
是当前材料科学和工程领域的研究热点之一。
钎焊是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钎料熔点和母材熔点之间的温度，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的焊接方法[2]。
由于普通金属钎料在陶瓷表面润湿性很差。
因此提高钎料在陶瓷表面的润湿性是保证钎焊质量的关键。
此外，金属和陶瓷物理性能、力学性能的不匹配也是影响钎焊的重要因素。
1 金属和陶瓷钎焊的难点金属陶瓷钎焊的主要难点在于冶金不相容和物性不匹配。
冶金不相容是指钎料熔化后对陶瓷不浸润，难以在熔接区和陶瓷实现原子间的冶金结合：物性不匹配是指金属陶瓷的热膨胀系数差异太大。
在钎焊结合区存在很大的应力梯度。
钎焊产生的热应力使连接强度降低、质量难以满足需要。
目前常常通过添加活性元素以改善钎料在陶瓷表面的润湿性，采用添加缓冲层的方法来解决金属陶瓷物性不匹配的问题。
缓冲层分为软性缓冲层、硬性缓冲层和软硬双层缓冲层三大类。
软性缓冲层的热膨胀系数较高，夹在金属钎料与陶瓷之间可以解决热膨胀不匹配引起的残余应力．但与金属间的连接往往不够理想．因此在某些情况下采用软硬双层缓冲层：一层是与陶瓷有较好结合强度的软性缓冲层；一层是低膨胀系数的硬性缓冲层．夹在钎料与陶瓷之间进行施焊．这种方法能够在一定的程度上改善接头性能。
陶瓷钎焊工艺
陶瓷钎焊工艺
陶瓷钎焊是一种焊接工艺，主要涉及使用熔点低于母材的金属或非晶材料作为钎料，加热到低于被焊件母材熔点，高于钎料熔点温度，利用融化的钎料来润湿母材、填充焊缝，实现被焊材料相互连接。
在陶瓷与金属的钎焊连接中，钎料在陶瓷上良好的润湿性是实现有效连接的前提。
根据润湿性的不同，陶瓷与金属的钎焊可分为两类：一类是先对陶瓷表面进行预金属化处理，再用钎料连接，称为间接焊接。
常见的陶瓷材料表面金属化的处理方法有电镀法、烧结金属粉末法，活性金属法和气相沉积法等。
另一类是直接采用含有活性金属元素的钎料，活性元素与陶瓷表面反应，来增加陶瓷与金属的润湿性，从而达到焊接目的，称为直接（活性）钎焊。
目前常用的钎焊活性金属主要是过渡族元素，因其最外层电子未被填满，活性高。
将活性金属加入到常用的Cu基，Ag基，Ni基和Au基等钎料中就可以制成活性钎料。
【精品文章】简述陶瓷材料与金属材料的连接工艺
简述陶瓷材料与金属材料的连接工艺
特种陶瓷材料虽然具有优异的绝缘(大部分陶瓷)、耐高温、抗腐蚀性能及耐磨性能，但其脆性大，加工性能很差难以制备出大型或者是形状复杂的结构件。
金属材料具有优良的室温强度、韧性、导电性和导热性，与陶瓷材料在性能上形成了一种明显的互补关系。
使用连接技术将两种材料可靠的结合起来，就可以充分利用各自的优良性能，制造出满足要求的复杂构件。
贴片式陶瓷气体放电三极管--电源保护、信号保护等
一、陶瓷与金属连接的特点与难点
但由于陶瓷材料与金属材料化学键结构根本不同，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自身的连接都存在不少的难题。
其主要体现在如下两个问题，其一：陶瓷材料主要由离子键和共价键组成，金属材料则主要是由金属键构成，二者几乎不浸润，因此需要考虑陶瓷与金属材料的润湿性问题，其二：两者的线膨胀系数一般相差较大，当采用热封或者机械连接时，陶瓷与金属的接头处会有较大的应力残留，削弱接头的力学性能甚至使接头受到破坏开裂，因此需考虑结头处的热应力缓解问题。
二、陶瓷与金属的连接方法
随着陶瓷材料的发展，人们也不断的探索可靠的陶瓷与金属的连接方法来提高先进陶瓷材料的应用范围，下文将为大家简单介绍一些的陶瓷与金属的连接技术。
陶瓷组装及连接技术-陶瓷与金属的活性钎焊连接-氮化物连接
钎料的润湿 固-液-气三相平衡方程式，也称Young氏方程：
sg sl cos lg
式中：cosθ为“润湿系数”，θ为润湿角
3.1 陶瓷与金属连接的基础问题
3.1.1 陶瓷与金属连接界面的润湿-钎料及中间层选择
钎料选择
高温结构件：
铁素体不锈钢
铝合金
热膨胀系数/K
-1
各种材料弹性模量和热膨胀系数的关系
3.1 陶瓷与金属连接的基础问题
3.1.4陶瓷与金属连接接头的热应力-热应力的影响因素
1）材料因素 材料因素主要包括热膨胀系数、弹性模量、泊松比、界 面特性、被连接材料的孔隙率、材料的屈服强度以及加工硬化系数等。 其中，异种材料间热形变差（α1T1- α2T2）、弹性模量比（E1/E2）、 泊松比的比值（ν 1/ν2）是影响热应力的主要因素。 2）温度分布的影响 不同的加热方式，加热温度，加热速度及冷却速 度等工艺参数，都会影响热应力的分布。 3）接头形状因素 接头形状因素主要包括板厚、板宽、长度、连接材 料的层数、层排列顺序、接合面形状和接合面的粗糙度。其中，两种 材料的厚度比、接头的长度与厚度之比是影响热应力的主要因素之一。
3.1 陶瓷与金属连接的基础问题
陶瓷与金属连接主要存在以下几个问题
（1）钎料很难对陶瓷和金属双方都润湿。 （2）界面容易形成多种脆性化合物。 （3）界面存在很大的残余应力。 （4）界面化合物很难进行定量分析。 （5）缺少数值模拟的基本数据。 （6）没有可靠的无损检测方法及评价标准。
3.1 陶瓷与金属连接的基础问题
3.2 氮化物陶瓷及其与金属的连接
氮化物的性质
Si3N4陶瓷
Si3N4陶瓷的应用
先进陶瓷与金属连接的现状及展望
1前言先进陶瓷材料具有硬度高、强度大、耐高温、耐磨性能好、抗腐蚀、抗氧化等优良的特性和广阔的应用前景，尤其是在电子、能源、交通、发动机制造、航空航天等领域。
然而，陶瓷的韧性值较低，属于脆性材料，采用机械加工的方法难以制备出尺寸较大和复杂结构的构件，为了克服先进陶瓷的脆性及难加工等问题，拓宽其进一步的应用与发展，常将陶瓷与金属连接起来，在性能上形成一种互补关系，使之成为理想的结构和工程材料，以满足现代工程的应用[1-2]。
陶瓷与金属的连接既是连接领域的热点问题又是难点问题，首先金属与陶瓷在化学键型、物理和化学特性、力学性能及微观结构等方面具有较大的差异；其次，陶瓷与金属的热膨胀系数相差较大，连接时在界面处导致残余应力的集中，致使接头强度下降。
生产中常用钎焊或扩散焊的方法将陶瓷与金属（陶瓷）连接起来，随着连接技术的深入研究，相继研发了一些新的方法（中性原子束焊、激光焊、超声波焊、微波焊以及燃烧合成技术等）[3]。
本文针对近年陶瓷与金属连接而开发的连接技术进行阐述，总结最新的研究成果并对其进行展望。
2陶瓷与金属的连接技术15世纪中叶，我国明代景泰蓝的制作开创了陶瓷与金属连接技术的先河，但是，具有产业化的、工业规模的连接技术则始于20世纪30年代。
Wattery 和德律风根公司的Pulfrich于1935~1939年在陶瓷表面喷涂一层高熔焦仁宝1,2，荣守范1，李洪波1，朱永长1，刘文斌1，张圳炫1（1.佳木斯大学材料科学与工程学院，佳木斯154007；2.佳木斯大学机械工程学院，佳木斯154007）陶瓷与金属连接是陶瓷面向工程应用的关键技术。
本文阐述了适用于陶瓷与金属连接的各种方法及其机理、特点和工程上的应用。
指出钎焊和扩散焊具有很好的适应性，并对陶瓷与金属连接的研究前景进行了展望。
金属；连接方法（1980年~），男，黑龙江省佳木斯人，博士研究生。
黑龙江省教育厅项目（2016-KYYWF-0567）. All Rights Reserved.点金属（Ni 、W 、Fe 、Cr 、Mo ）进行活化处理，采用间接钎焊的方法，制造陶瓷电子管，该项技术于1940年获得专利，称之为德律风根法。
材料物理性能测试思考题答案
有效电子数：不是所有的自由电子都能参与导电，在外电场的作用下，只有能量接近费密能的少部分电子，方有可能被激发到空能级上去而参与导电。
这种真正参加导电的自由电子数被称为有效电子数。
K状态：一般与纯金属一样，冷加工使固溶体电阻升高，退火则降低。
但对某些成分中含有过渡族金属的合金，尽管金相分析和Ｘ射线分析的结果认为其组织仍是单相的，但在回火中发现合金电阻有反常升高，而在冷加工时发现合金的电阻明显降低，这种合金组织出现的反常状态称为K状态。
X射线分析发现，组元原子在晶体中不均匀分布，使原子间距的大小显著波动，所以也把K状态称为“不均匀固溶体”。
能带：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩展为能带。
禁带：允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。
价带：原子中最外层的电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带。
导带：价带以上能量最低的允许带称为导带。
金属材料的基本电阻：理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关，可以看成为基本电阻，基本电阻在绝对零度时为零。
残余电阻(剩余电阻)：电子在杂质和缺陷上的散射发生在有缺陷的晶体中，绝对零度下金属呈现剩余电阻。
这个电阻反映了金属纯度和不完整性。
相对电阻率：ρ (300K)／ρ (4.2K)是衡量金属纯度的重要指标。
剩余电阻率ρ’：金属在绝对零度时的电阻率。
实用中常把液氦温度(4.2K)下的电阻率视为剩余电阻率。
相对电导率：工程中用相对电导率( IACS%) 表征导体材料的导电性能。
把国际标准软纯铜(在室温20 ℃下电阻率ρ=0 .017 24Ω·mm2/ m)的电导率作为100% , 其他导体材料的电导率与之相比的百分数即为该导体材料的相对电导率。
航空发动机先进焊接材料的研究
航空发动机先进焊接材料的研究作者：杨翠波来源：《中国新技术新产品》2012年第19期摘要：从航空发动机焊接技术入手，综述了国外航空发动机所使用的先进焊接新材料。
其新材料包括金属间化合物、复合材料、高温钛合金材料、氧化物弥散强化（ODS）合金等；并对国外相关材料的研究情况进行了详细描述。
关键词：航空发动机；焊接技术；焊接新材料中图分类号：U464.9 文献标识码：A1概述焊接技术是航空发动机结构制造的关键技术，也是确保发动机结构完整性不可缺少的手段。
目前，国外航空发动机应用的先进焊接技术有摩擦焊、激光焊、电子束焊及钎焊等，其使用的先进材料包括金属间化合物、复合材料、高温钛合金材料和氧化物弥散强化（ODS）合金等。
2新材料焊接技术2.1金属间化合物的焊接金属间化合物与常规合金相比具有高熔点、低密度、优异的高温强度、高的导热率，同时具有好的抗氧化、抗腐蚀性能。
它是处于高温合金和陶瓷材料之间的一种新型材料，因而成为航空发动机高温部件的理想材料。
当前国外四代机开发和应用的重点是钛铝和镍铝两种金属间化合物。
钛铝金属间化合物目前正在研制的有二种，一是α2合金（Ti3Al）、一是γ合金（TiAl）。
美国GE公司已用α2合金锻造了压气机叶片及F404用的主排气密封片，用γ合金铸造了CF-6第一级涡轮叶片及T-700压气机机匣，这些零件都分别进行了发动机试验。
金属间化合物各种材料的应用比较如图2.1图2.1 现今及未来应用的材料比较2.2 复合材料的焊接2.2.1陶瓷及陶瓷基复合材料的焊接Si3N4和SiC是两种很有应用前途的高温结构陶瓷材料。
钎焊和扩散焊是连接陶瓷及陶瓷与金属最有效的方法，但目前的连接接头的强度及耐热温度跟实用要求相比仍有很大差距。
国外在研究陶瓷与金属连接用的新型高温钎料中，较多地设计含有贵重金属或以贵重金属Au、Pd、Pt、Ag-Pd为基的钎料成分，到目前为止获得较好结果的有Ni-Cr-Pd、Au-Ni-Cr-Fe-Mo-Ni-V-Mo钎料，但耐热温度一般不超过700 0C。
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收稿日期:2007-11-09基金项目:国家自然科学基金资助项目(59905022;50475160)两种PdNi 基高温钎料在Si 3N 4陶瓷上的润湿性陈 波, 熊华平, 毛 唯, 李晓红(北京航空材料研究院焊接及锻压工艺研究室,北京 100095)摘 要:采用座滴法研究了两种钎料PdNi 2(15～22)V 和PdNi 2(16～24)Cr 在S i 3N 4陶瓷上的润湿性。
结果表明,两种钎料的熔点及润湿性均有很大差别,PdNi 2(16～24)Cr 钎料对S i 3N 4陶瓷的润湿铺展良好。
PdNi 2(16～24)Cr 钎料与S i 3N 4陶瓷形成的扩散反应层中,Cr元素主要分布在扩散反应层区域,根据各元素所占比例,Cr 元素主要与母材扩散出的N元素形成Cr 2N 相。
由于Cr 原子向母材界面扩散,从而改善了钎料的润湿性。
关键词:陶瓷;反应层;润湿性;钎料中图分类号:TG 425 文献标识码:A 文章编号:0253-360X (2008)03-0057-04陈 波0 序 言Si 3N 4陶瓷是一种很有发展前途的高温结构材料,但由于其加工性能差,延性和冲击韧度低,耐热冲击能力弱以及制造尺寸大且形状复杂的零件较为困难等缺点,通常需要与金属材料组成复合结构来应用或者通过陶瓷自身的连接来实现复杂构件的制造。
因此,解决陶瓷Π陶瓷、陶瓷Π金属的连接问题是将高温结构陶瓷推向应用必须解决的关键技术之一,而钎料成分的设计则是该技术中的难点。
在陶瓷的连接中,较多使用传统的Ag Cu T i ,Cu T i 系活性钎料,虽然一些钎焊接头强度较高,但接头的高温性能差,从而制约了结构陶瓷高温性能的发挥。
国内外一些学者在研究陶瓷与金属连接用的新型高温钎料中,较多地设计含有贵重金属或以贵重金属Au ,Pd ,Pt ,Ag Pd 为基的钎料成分。
其中采用41Ni 34Cr 25Pd (质量分数,%)和Au 33～35Ni 3～4.5Cr 1～2Fe 1～2M o (质量分数,%)等钎料获得的接头性能较好,但用前者钎焊Sialon 陶瓷时需在母材被焊面喷上一层均匀的碳膜,使用后者钎焊Si 3N 4ΠIncoloy909(铁基低膨胀合金)时需在Si 3N 4陶瓷表面预镀钛膜。
正是因为这些钎料的高温性能不够,以及被钎焊母材表面镀层的复杂工艺,使得这些钎料的实际应用及推广受到了局限。
在上述研究的基础上,设计了两种Pd Ni 基高温钎料,合金元素Cr 和V 作为活性元素加入,用以提高钎料在Si 3N 4陶瓷上的润湿性,同时比较这两种活性元素在含量相当时对钎料熔点及润湿性的影响。
通过对这两种钎料在Si 3N 4陶瓷上的润湿性的研究,为进一步研制可直接用于钎焊Si 3N 4陶瓷的新型高温钎料提供试验基础和理论依据。
1 试验方法采用座滴法研究了Pd Ni 基钎料在1250℃Π30min 的真空加热条件下对Si 3N 4陶瓷的润湿性。
试验中使用的钎料合金按下述方法制得,将纯度高于99.5%的元素(Pd ,Ni ,Cr ,V )粉末(-300目),按需要的配比称量,并机械混合均匀,混合粉末经精细模具压制成直径<4mm 的圆柱状合金坯体。
试验用的母材为商用的Si 3N 4陶瓷块,其表面经过抛光处理。
样品以10℃Πmin 加热速度升温,加热至1250℃并保温30min ,保温结束后以5℃Πmin 的冷却速度冷却至室温。
通过扫描电镜(SE M )观察钎料与陶瓷润湿界面的微观组织形貌,利用X 射线能谱仪(XE DS )分析界面组织成分以及相应的元素面分布。
2 试验结果与讨论选用Pd Ni 固溶体对应最低温度的成分(即Pd60Ni40(质量分数,%))作为母合金,在此基础上分别加入合金元素Cr 和V ,从而配比出试验所用的两种钎料。
图1给出了在1250℃Π30min 条件下两种钎料润湿情况的宏观照片,可以看出采用第29卷第3期2008年3月焊 接 学 报TRANS ACTI ONS OF THE CHI NA WE LDI NG I NSTIT UTI ONVol.29 No.3March 2008PdNi (15～22)V 钎料获得的润湿试样表面产生很多飞溅,并且仍保持原有坯状(图1a );而PdNi (16～24)Cr 钎料润湿铺展较好,经测量润湿角为12°(图1b )。
可见,在Pd Ni 基合金基础上加入含量相当的V 和Cr 元素获得的两种钎料,熔点及润湿性均有很大差别。
图1 两种Pd Ni 基钎料在Si 3N 4陶瓷上润湿的宏观形貌Fig.1 Photographs showing wettability of PdNi (15～22)Vand PdNi (16～24)Cr filler metal on Si 3N 4 图2a ,b 分别给出了钎料PdNi (15～22)V 和PdNi (16～24)Cr 与Si 3N 4陶瓷润湿界面组织背散射电子像。
由于PdNi(15～22)V 钎料飞溅较多,金相试样制备时取到了飞溅位置,只测得了反应界面与陶瓷基体的局部组织(图2a ),从中可以看出,钎料与陶瓷基体之间形成了完好的冶金连接。
PdNi (16～24)Cr 与陶瓷母材界面出现了厚度约为15～20μm 的扩散反应层,该层中靠近母材部分颜色为灰色,厚度约为8～12μm ,靠近钎料的灰白色层厚度约为4～6μm ;钎料基体区域呈现出共晶组织形貌。
从表1给出的PdNi (16～24)Cr 与Si 3N 4陶瓷润湿界面特征区域的成分(对应图2b 中数字标识)来看,扩散反应层中主要富集Cr 元素,形成了相应的Cr N ,Cr Si 等相,扩散层靠近钎料的区域(图2b 中2区域)Ni 元素含量相对较高,形成了少量NiSi图2 两种Pd Ni 基钎料与Si 3N 4陶瓷润湿界面的背散射电子像Fig.2 Back 2scattered electron image s of interface s using twokinds of Pd 2Ni ba sed filler metals相。
图2b 中3和4区域各元素分布相对较均匀,多种相混合在一起。
钎料基体白色区域(图2b 中5区域)富集Pd 和Si 元素,主要以PdSi 相为主,其中含有少量Ni Si 等相;灰色区域(图2b 中6区域)Ni ,Cr 和Si 元素含量均较高,主要生成了CrSi ,NiSi 等相。
表1 采用钎料PdNi (16～24)Cr 的润湿界面特征区域XEDS 成分分析结果Table 1 XEDS re sults of different zone s in Fig.2b using PdNi-(16～24)Cr filler metal区域元素含量(摩尔分数,%)N S i Cr Ni Pd 主要物相119.543.8876.390.150.04Cr N211.4815.6944.3927.900.54Cr N ,CrS i ,NiS i319.0421.937.4719.4832.09413.7422.887.3743.6912.31532.4112.8654.73Pd S i ,Ni S i 619.9226.3446.447.30CrS i ,NiS i图3给出了PdNi (16～24)Cr 钎料润湿界面各元素的面分布,可以看出,Pd 元素主要分布在钎料基体的白色区域中;Ni 元素除在钎料基体的灰色区域中分布较多外,在扩散反应层中靠近钎料的灰白58 焊 接 学 报第29卷层中分布也很多;Cr 元素主要集中在扩散反应层中,钎料基体的灰色区域也有少量分布;Si 元素除在扩散反应层靠近母材位置的灰色层中分布较少外,在其它区域分布较均匀。
图3 采用钎料PdNi (16～24)Cr 获得的润湿界面背散射电子像及元素Pd ,Ni ,Cr ,Si 的面分布Fig.3 Back 2scattered electron image of joint using PdNi (16～24)Cr filler metal and area distribution images of Pd ,Ni ,Cr ,V and Si 当加热温度达到钎料熔点时,钎料开始熔化,熔化的钎料与Si 3N 4陶瓷母材反应,促使母材分解并与合金元素形成相应的化合物相,即M (L )+Si 3N 4→M Si +MN (M 为合金元素,L 表示液相)。
在采用PdNi (16～24)Cr 钎料的润湿界面中,Cr 元素优先与母材中的N 元素发生反应,生成Cr N 相,只有少量Cr 元素与Si 元素反应生成Cr Si 和Ni Si 等相。
未参与反应的Si 元素扩散到钎料基体中与元素Pd 和Ni 发生反应,生成相应的PdSi ,NiSi 等相。
G otman 等人[1]的研究结果表明,Si 3N 4与Cr 元素发生如下反应Si 3N 4+9Cr =3Cr 3Si +2N 2(1)4Cr +N 2=2Cr 2N(2)所获得的接头中出现Cr 3Si ,Cr 2N 等相。
在Ni CrSi ΠSi 3N 4接头中,Ceccone 等人[2]观测到CrN 层的存在。
文中的PdNi (16～24)Cr ΠSi 3N 4润湿界面中,Cr 元素主要分布在扩散反应层区域(图3d ),根据各元素所占比例(表1中1和2区域),Cr 元素主要与母材扩散出的N 元素形成Cr 2N 相。
正是由于Cr 原子向母材界面扩散,从而改善了钎料的润湿性。
Pd 和Ni 元素主要分布在钎料基体区,只有少量Ni 元素分布在扩散反应层中(图3b ,c ),根据Si 元素在钎料基体区的分布,元素Pd 与Si 发生反应生成相应的Pd 2Si 和Pd 3Si 等相[3],元素Ni 与Si 生成Ni 3Si ,Ni 5Si 2等相[4]。
3 结 论(1)在Pd Ni 基合金基础上加入含量相当的V和Cr 元素获得的两种钎料,熔点及润湿性均有很大差别,PdNi (16～24)Cr 钎料对Si 3N 4陶瓷的润湿铺展良好。
(2)PdNi(16～24)Cr ΠSi 3N 4陶瓷的润湿界面中,Cr 元素主要分布在扩散反应层区域,根据各元素所占比例,Cr 元素主要与母材扩散出的N 元素形成Cr 2N 相。
由于Cr 原子向母材界面扩散,从而改善了钎料的润湿性。
参考文献:[1] G otman I ,G utmanas E Y.M icrostructure and thermal stability of coat 2ed S i 3N 4and S iC[J ].Acta M etall M ater ,1992,40:121-131.第3期陈 波,等:两种Pd 2Ni 基高温钎料在Si 3N 4陶瓷上的润湿性59[2] Ceccone G,Nicholas M G,Peteves S D ,et al .The brazing of S i 3N 4with Ni -Cr -S i alloys[J ].Journal of the European Ceramic S ociety ,1995,15:563-572.[3] X iong H P ,Chen B ,K ang Y S ,et al .W ettability of C o V and PdNiCrV system alloys on S iC ceramic and interfacial reactions [J ].Scripta M aterialia ,2007,56:173-176.[4] Park J S ,Landry K,Perepezko J H.K inetic control of silicon carbide Πmetal reactions[J ].M aterials Science and Engineering ,1999,A259:279-286.作者简介:陈 波,男,1979年出生,硕士,工程师。