非晶復(fù)合中間層釬焊—擴(kuò)散連接Si3N4陶瓷的數(shù)值模擬及工藝優(yōu)化.pdf

1、本文采用非晶復(fù)合中間層對(duì)Si3N4陶瓷進(jìn)行釬焊-擴(kuò)散連接,在研究連接過(guò)程動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上,建立了釬焊-擴(kuò)散焊連接過(guò)程模型;基于 ANSYS的虛擬試驗(yàn)平臺(tái),采用非線性有限元分析,建立了釬焊-擴(kuò)散連接的溫度場(chǎng)有限元數(shù)值計(jì)算模型;基于熱彈塑性有限元理論建立了應(yīng)力場(chǎng)有限元數(shù)值計(jì)算模型,并分析討論了工藝參數(shù)對(duì) Si3N4陶瓷接頭殘余應(yīng)力的影響。
　　采用用Ti-Zr-Cu-B非晶/Cu/Ti-Zr-Cu-B非晶進(jìn)行Si3N4陶瓷的釬焊-擴(kuò)散連

2、接時(shí),界面反應(yīng)層的生長(zhǎng)符合擴(kuò)散控制的拋物線方程。1323K時(shí),反應(yīng)層生長(zhǎng)因子為j1=1.007?10-7m/s1/2;在1283～1343K的溫度范圍內(nèi),反應(yīng)層生長(zhǎng)的激活能為253.6kJ/mol。等溫凝固層X(jué)和等溫凝固時(shí)間t之間滿足拋物線關(guān)系。在1323K時(shí),等溫凝固速率因子j2=3.7?10-7 m/s1/2。反應(yīng)層的增長(zhǎng)和等溫凝固同時(shí)進(jìn)行,在特定溫度下通過(guò)改變時(shí)間可以協(xié)調(diào)這兩個(gè)動(dòng)力學(xué)過(guò)程,獲得較高的室溫連接強(qiáng)度和高溫連接強(qiáng)度。通過(guò)

3、改變釬料箔層及Cu層的厚度,證實(shí)了陶瓷金屬釬焊-擴(kuò)散連接中,靠近陶瓷的金屬層厚度對(duì)界面反應(yīng)層厚度具有重要的影響。連接溫度和時(shí)間一定時(shí),連接強(qiáng)度直接取決于銅層厚度,顯然釬料厚度有一最佳值,在本文試驗(yàn)條件下約為70?m。
　　根據(jù)建立的Si3N4陶瓷釬焊-擴(kuò)散連接過(guò)程模型,闡述了利用該模型選擇連接參數(shù)的方法。對(duì)于特定的陶瓷連接,在選定的連接溫度,首先應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)確定最佳反應(yīng)層厚度 CZ,目的是獲得高連接強(qiáng)度;其次,根據(jù)Z

4、c再選擇最佳釬料箔帶厚度W max及銅箔厚度W Cu,目的是得到最佳的等溫凝固層厚度XCu?保證接頭耐X C熱性;最后,根據(jù)選定的W max和W Cu再?zèng)Q定連接時(shí)間t。根據(jù)本文提出的模型并按如上順序選擇參數(shù),可以同時(shí)保證連接強(qiáng)度和接頭耐熱性。
　　對(duì)建立的釬焊-擴(kuò)散連接 Si3N4陶瓷的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)三維有限元數(shù)值模型進(jìn)行了計(jì)算,分別得到連接接頭冷卻至室溫時(shí)的溫度場(chǎng)云圖和等效應(yīng)力云圖。驗(yàn)證了本文所采用的均布溫度模型。同時(shí)在溫度場(chǎng)計(jì)