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1、先进材料连接技术研究进展及其应用学号：B10030124学院：洛阳理工学院系别：机电工程系姓名：朱罗北教师：闫红彦5陶瓷与金属扩散焊连接技术的研究现状及应用前言现代技术的发展,要求材料能在各种苛刻的环境下可靠地工作。在工程结构材料中,现有的金属材料虽然在室温强度、延展性、导电性和导热性等方面具有优良的特性,但其耐高温、耐腐蚀,耐磨损等性能已不能满足日趋提高的需求。陶瓷材料,特别是具有熔点高、高温强度高、硬度高、高温蠕变小、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、弹性模量高以及热膨胀系数小等优良性能和特点的先进结构陶瓷材料在工程结构领域具有广阔的应用前景。工程结构陶瓷材料由于其化学键的特点,具有脆性大、
2、强度分散和加工困难三个固有的缺点,这些缺点导致其抗冷热冲击能力差、难以制成尺寸大、形状复杂的构件,从而也限制了其应用范围。由此可见,陶瓷材料和金属材料之间明显有着一种性能互补关系,将陶瓷与金属连接起来制成复合构件,充分发挥两种材料的性能优点,弥补各自的不足,对于改善结构件内部应力分布状态、降低制造成本、拓宽陶瓷材料的应用范围具有特别重要的意义。因此,陶瓷/金属的连接问题也一直是研究的热点问题[1]。扩散焊连接技术适用于各种陶瓷与各种金属的连接。其显著特点是接头质量稳定，连接强度高，接头高温性能和耐蚀性能好。因此，对于高温或耐蚀条件下的应用来讲,扩散连接是陶瓷与金属连接最适宜的方法。由于
3、这种方法能充分发挥陶瓷的优异性能，因而受到世界各国学者和工程界人士的重视，并在界面反应研究、残余应力分析和连接工艺研究等方面开展了大量的工作，取得了显著的成果[2]。1扩散焊的原理及影响因素1.1基本原理扩散焊是指在一定的温度和压力下，待焊表面相互靠近、相互接触，通过使局部发生微观塑性变形，或通过被连接表面产生的瞬态液相而扩大被连接表面的物理接触，然后经较长时间的原子间相互扩散、相互渗透，而形成冶金结合的连接过程[3]。扩散焊过程大致可分三个阶段，第一阶段为物理接触，被连接表面在压力和温度作用下，粗糙表面的微观凸起首先达到塑性变形，在持续压力的作用下，接触面积逐渐扩大，并紧密接触，最终
4、达到整个面的可靠接触；第二阶段是接触界面原子间的相互扩散和再结晶，形成牢固的结合层；第三阶段是在接触部分形成的结合层中，原子扩散逐渐向纵深发展，形成可靠连接接头。5这三个过程并不是截然分开的，而是相互交叉进行，最终在接头连接区域由于扩散、再结晶等过程形成固态冶金结合，它可以生成固溶体及共晶体，有时生成金属间化合物，形成可靠连接[4]。焊接参数的选择就是要控制这些因素，最终得到综合性能良好的接头。1.2影响扩散焊的主要因素（1）温度。温度影响被焊材料的屈服强度和原子的扩散行为，对消除空隙起着决定性作用，扩散温度的经验公式[5]为T=(0.6-0.8)Tm，其中Tm为被焊零件材料中的最低熔
5、点。温度是促进原子扩散的最重要因素，加热焊件能提高原子、离子、分子的能量，从而加速扩散，但温度过高，对焊缝度强有所降低。因此，如何选定最佳焊接温度，是提高焊缝强度的关键。（2）压力。压力能使材料连接面达到完全接触，扩大有效的焊接面积，加快扩散再结晶过程。焊接压力的大小，要视焊接材料的屈服极限和蠕变程度而定，一般以接合面产生蠕变变形为原则。（3）时间。扩散焊三个阶段的进行都需要较长的时间。一般说来，延长扩散时间，可以提高扩散效果，但对某些材料，保温扩散时间过长，效果反而不好，甚至会产生金属间化合物脆性层。能否正确地选择时间参数，对焊缝强度的影响很大。（4）工作介质。为防止扩散过程中焊件氧
6、化，一般采用真空扩散焊，或用特殊气氛作保护介质。真空扩散焊目前应用较多。一般而言，真空度越大，表面净化作用越强，焊接效果越好。选定多大的真空度应以被焊接材料的种类和对焊件的要求而定。气体保护扩散焊多用氩、氦、氢或二氧化碳及各种混合气体作保护气氛。（5）表面状态。零件的加工精度、表面状态是扩散焊能否成功的关键。良好的表面状态能使零件在温度、压力的作用下结合得更紧密，扩散更充分，焊接质量更可靠。焊接前要将焊接面清洗干净，不得有任何杂质和氧化层。为扩大连接面，增强焊缝强度，还可以通过设计合理的焊件连接面结构形状来实现。2陶瓷与金属扩散焊接技术的研究现状2.1陶瓷与金属焊接的主要困难陶瓷与金属
7、连接构成的复合构件作为结构材料可以获得金属、陶瓷的性能互补,并降低复合材料的成本。但由于两者在物理和化学性质方面存在很大差异,故焊接上存在以下困难[2]:（1）它们的结晶结构不同,导致熔点极不相同；（2）陶瓷晶体的强大键能使元素扩散极困难；（3）它们的热膨胀系数相差悬殊,导致接头产生很大热应力,会在陶瓷侧产生裂纹；（4）结合面产生脆性相,玻璃相会使陶瓷性能减弱。所以难于用常规的熔焊方法实现连接,5目前广泛采用的是扩散焊接和钎焊。钎焊所面临的问题
