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真空釬焊陶瓷與金屬
發布時間:2022-08-08

陶瓷-金屬焊接是研究的熱點,因為它有多種應用,例如熱交換器、連接器、電容器、熱電、太陽能電池和復雜的結構接頭。最常見和最廣泛使用的陶瓷是氧化鋁,它具有有趣的特性,例如高熔點、良好的硬度、優異的耐化學性和高耐磨/耐腐蝕性。隨著現代工程設備和技術的出現,更多的應用需要高純度的氧化鋁和復合陶瓷。在許多情況下,氧化鋁需要與金屬結合才能發揮某些功能 幾十年來,用于此目的的流行技術包括活性金屬釬焊、擴散接合、超聲波接合、微波接合和固態接合(有或無中間層)。一些研究人員已經研究了金屬/陶瓷連接過程中潤濕性的作用,并觀察到導致金屬/陶瓷連接成功的關鍵特性是填料潤濕、擴散和化學反應的能力與接合面 。_ 然而,將陶瓷與金屬結合的任務具有挑戰性,因為它們在物理化學和機械性能方面存在巨大差異。

已開發出各種活性金屬釬料,其中最受歡迎的是共晶 AgCu、AgCuTi、AgCuSnTi、AgCuInTi 和 Ti。Ag-28Cu (MP ≈ 780 °C) 系統的共晶成分通常更適合限制界面熱應力并保持延展性。然而,這些活性填料中的大多數含有昂貴的銀金屬,這使得材料成本高昂。

其他先進的釬焊填料包含微米和納米顆粒作為填料基質中的增強材料,以促進潤濕和接頭強度。在過去的十年中,納米顆粒增強焊料和釬焊合金取得了巨大的進步,作為一種在與低溫鋁和錫釬焊相關的研究中控制金屬間化合物 (IMC) 潤濕和細化晶粒的潛在技術,以及由此產生的材料已顯示出顯著改善的潤濕性和接頭性能。然而,由于固有的納米粒子偏析和誘導的分散雜質,納米粒子的使用一直被批評為連接應用。. 關節界面處大量脆性 IMC 的存在會降低釬焊植入物的性能。因此,生物醫學植入物(Ti-6Al-4V)和基臺(陶瓷)接頭的連接應使用幾乎沒有偏析和雜質的釬料。
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最近,高熵合金 (HEA) 已將合金設計方法轉變為一種新的范式。HEA 具有新穎的核心效應,例如高混合熵、緩慢擴散(形成 IMC 的機會較?。?、固溶相和晶格畸變。迄今為止,已經在航空航天、汽車、能量存儲、傳感和核電站等各個領域設計了各種HEA 。盡管 HEA 在各種應用中取得了這些有吸引力的發展,但它們在微連接中的作用仍然缺乏。

對于高熵效應,混合的吉布斯自由能(ΔG mix)更負,因此,各個元素優選以混亂的方式分布而不是形成IMC 。文獻中有多種制備 HEA 的方法。以前的大部分報告都是基于電弧熔煉和鑄造方法 。. 粉末冶金由于其均勻的微觀結構和通過機械合金化擴展的固溶度等優點而在世界范圍內變得流行。此外,燒結產品沒有通常在鑄造方法中突出的收縮凝固缺陷。最近,在 HEA 的 3D 打印和多材料連接方面出現了一些值得注意的作品. 然而,增材制造工藝在其商業應用中幾乎沒有障礙。例如,工藝具有相互依賴的工藝參數,通常難以控制以獲得更好的微觀結構特征。此外,在 3D 打印的 HEA 中形成針狀馬氏體結構可能會損害通過 SPS 工藝生產的 HEA 中不存在的接頭特性。馬氏體組織的控制還需要退火工藝以將它們的針狀形狀限制為等軸晶粒。因此,我們使用先進的粉末冶金技術開發了一種 AlZnCuFeSi 合金。獲得了非 Cantor 雙 BCC + FCC 型微觀結構,以平衡 HEAF 的延展性和強度,以適應 Al-、Fe- 和 Cu 組分。Si和Fe分別提供高溫穩定性和機械加工性。 

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