高體積分?jǐn)?shù)SiCp-Al復(fù)合材料自蔓延連接工藝研究.pdf

1、高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料以其高性能被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車及電子元器件等方面，尤其在電子封裝方向有很大的應(yīng)用潛力，因此研究其合適的焊接方法就顯得十分重要。但是由于這些材料中含有大量的增強(qiáng)相SiC顆粒，使得基體表面潤濕性差，很難實(shí)現(xiàn)材料間的連接。本文采用Al/Ni納米多層膜作為熱源自蔓延反應(yīng)連接高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料，研究了相關(guān)工藝參數(shù)對焊接接頭的影響，并獲得了較為理想的焊接接頭。
　　利用DSC測量出納米多層膜

2、的放熱峰在200℃，高于此溫度即可發(fā)生自蔓延反應(yīng).由納米多層膜本身的特性可知，加熱速率在不低于200℃/min不會失去自蔓延反應(yīng)能力。
　　利用ANSYS有限元模擬軟件對焊接溫度場的模擬結(jié)果可知，要想實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料間的連接，納米多層膜的厚度應(yīng)不低于120μm。采用Al/Ni納米多層膜作為熱源時(shí)的降溫速率達(dá)到500℃/ms，對母材的熱影響區(qū)域只在母材厚度方向上0.5mm范圍內(nèi)。
　　根據(jù)ANSYS有限元溫度場模擬結(jié)果，采用合適厚

3、度的納米多層膜作為熱源進(jìn)行試驗(yàn)。采用納米多層膜厚度為180μm，Al-Si-Mg釬料進(jìn)行自蔓延連接時(shí)，焊接接頭由母材、釬料層、納米多層膜生成物AlNi金屬間化合物組成。在壓力為120MPa的條件下，釬料與基體間潤濕良好，結(jié)合緊密，焊接接頭強(qiáng)度達(dá)到32.8MPa，但是隨著壓力的增大，接頭強(qiáng)度隨之降低，且母材上出現(xiàn)了裂紋;而同等試驗(yàn)條件下，采用Al-Si釬料時(shí)，接頭強(qiáng)度最大為23.8MPa，但是接頭界面處釬料鋪展不均勻，且有縫隙和孔洞等缺陷

4、。
　　采用納米多層膜厚度為120μm，Al-Si-Mg釬料和Al-Si釬料進(jìn)行自蔓延連接時(shí)，接頭處的連接情況主要取決于試驗(yàn)壓力。在合適的壓力下，接頭的釬料與界面處潤濕良好，但是其界面處仍存在很大縫隙，這嚴(yán)重影響了焊接接頭質(zhì)量。
　　接頭硬度呈現(xiàn)出“硬-軟-硬-軟-硬”的力學(xué)不均勻狀態(tài)。接頭斷裂發(fā)生在母材與釬縫界面處，XRD結(jié)果表明:斷口是由鋁基體、SiC顆粒相組成的。研究發(fā)現(xiàn)焊接壓力和納米多層膜厚度是試驗(yàn)中很重要的工藝參數(shù)