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文檔簡介
1、碳化硅陶瓷廣泛應(yīng)用于太空反射鏡鏡片,大尺寸碳化硅陶瓷復(fù)雜構(gòu)件連接時(shí)存在殘余應(yīng)力問題。降低釬焊連接溫度可在一定程度上緩解陶瓷釬焊件接頭殘余應(yīng)力。Sn基釬料是目前較常用的低溫釬料,而低熔點(diǎn)的純Sn對于SiC而言是非活性釬料,本文考慮向Sn中摻雜入活性元素Al,探究其在低溫下能否實(shí)現(xiàn)對SiC陶瓷的連接、界面結(jié)合特性及Al元素在界面中的作用。
本文主要運(yùn)用第一性原理研究SiC與金屬釬料的界面結(jié)合。首先,探究Al基釬料與SiC界面的結(jié)合
2、,在此基礎(chǔ)上模擬計(jì)算Sn基釬料與SiC陶瓷界面結(jié)合,討論Al元素的活化作用。最后,結(jié)合模擬計(jì)算的結(jié)果設(shè)計(jì)試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)SiC陶瓷的低溫釬焊,并驗(yàn)證理論計(jì)算的可靠性,結(jié)果如下:
Al/SiC界面的計(jì)算結(jié)果表明:頂位堆垛界面具有最大的分離功,是最穩(wěn)定的界面構(gòu)型;Al/SiC界面的結(jié)合是主要是界面上Al-C原子間的鍵合作用,Al-C原子間形成離子共價(jià)鍵,且分析知Al/SiC界面上會形成新的界面相Al4C3。
Al-12Si/S
3、iC界面的計(jì)算結(jié)果表明:頂位堆垛界面具有最大的分離功,最小的界面間距,是最穩(wěn)定的構(gòu)型。界面的結(jié)合主要是Al-C離子共價(jià)鍵和Si-C共價(jià)離子鍵的作用,界面上Al原子活性被抑制,Si原子的活性增加,Al-C原子間仍成鍵,但不致形成化合物Al4C3,Si-C鍵在該界面成鍵中處于優(yōu)先和主要地位。
Sn/SiC界面計(jì)算結(jié)果表明:C封端及Si封端界面,頂位界面均具有最大的分離功,是熱力學(xué)上最穩(wěn)定構(gòu)型,C封端界面的分離功較相應(yīng)堆垛方式下的S
4、i封端界面的高。Sn/SiC界面的結(jié)合主要是界面上Sn-C原子間的相互作用,界面上Sn-C原子間形成的離子共價(jià)鍵在Sn/SiC界面結(jié)合成鍵中占主要地位。
Sn-1.0Al/SiC界面計(jì)算結(jié)果表明:C終止面界面的分離功為-4.40J/m2,Si終止面界面的分離功為-3.30J/m2,兩者較相應(yīng)純Sn/SiC界面的分離功均有所增加,Al元素是可以考慮的強(qiáng)化元素。界面的結(jié)合主要是主要是界面上C原子與Al原子間形成離子共價(jià)鍵(離子性較
5、微弱),鍵長為2.02。界面上C與Sn原子間同樣以金屬共價(jià)鍵結(jié)合,但相比于界面上C-Al原子間的相互作用弱,鍵長大,界面上會存在Al原子的富集且不會形成Al4C3相。
在模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上,用Sn、Sn-1.0Al釬料超聲釬焊SiC陶瓷,試驗(yàn)結(jié)果表明:SnAl釬料能夠在250℃實(shí)現(xiàn)對SiC陶瓷的釬焊,SiC/Sn-1.0Al/SiC強(qiáng)度能夠達(dá)到30MPa,SiC/Sn-1.0Al/SiC接頭強(qiáng)度高于SiC/Sn/SiC接頭強(qiáng)度。
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