摘 要

Al₂O₃陶瓷由于具有高介电强度，低介电损耗，高机械强度以及良好的热稳定性，被广泛应用于光学仪器、电子产品及电气设备。然而由于Al₂O₃陶瓷的物理以及化学特性，服役于上述构件中的Al₂O₃陶瓷通常面临低温连接的问题，而低温下钎料合金在该陶瓷表面较难润湿，且焊接强度较低。因而对于Al₂O₃陶瓷间的连接需要采取适当的方法，选择合适的钎焊工艺参数，使用恰当的焊接钎料，以获取良好的焊接接头。既要满足使用要求，又要尽量控制成本。因此，开展低温钎焊Al₂O₃陶瓷的焊接技术研究具有重要的经济作用与科研意义。

本课题采用泡沫Ni增强Sn基钎料，并利用超声波辅助钎焊技术研究Al₂O₃陶瓷间的低温钎焊连接，实现了Al₂O₃陶瓷之间良好的结合，表明Sn基钎料在一定条件下对Al₂O₃陶瓷具有良好的润湿性。研究了超声波作用时间对陶瓷预金属化的影响，采用超声波辅助钎焊的方法研究了不同厚度的钎料对焊缝接头力学性能的影响，研究结果表明钎料过厚和过薄都对接头力学性能产生不利影响，该焊接工艺的钎料最适厚度介于0.2mm至0.8mm之间。

关键词：陶瓷；超声；润湿；显微组织，力学性能

Abstract

Since alumina ceramics with high dielectric strength, low dielectric loss, high mechanical strength and good thermal stability.It is widely used in optical instruments, electronic products and electrical equipment. However, due to the physical and chemical properties of alumina ceramic, alumina ceramics served in aforesaid structure often face the problem of low temperature connection, and a low temperature solder alloy in the ceramic surface wetting more difficult, with low weld strength. Thus for alumina ceramic connection between the need to take the appropriate method for selecting a suitable brazing process parameters, using the appropriate welding filler metal to obtain good welding joints. Necessary to meet the requirements, but also to try to control costs. Therefore, the study of welding technologies for low temperature brazing alumina ceramic has an important role in economic and scientific significance.

This task is used nickel foam enhanced Sn-based solders and ultrasound-assisted brazing technology to study low temperature brazing alumina ceramic connection, and achieve a good bond between the alumina ceramics. The results show that under certain conditions Sn-based solders have good wettability to alumina ceramics. The project of the influence of ultrasonic time on the pre-metallized ceramic has been studied. At the same time, ultrasonic assisted brazing method has been taken to study the effects of different thickness of the solder on the mechanical properties of the weld joint. The results show that the too thick or too thin solder both have disadvantage on the Joints’ mechanical properties. In this welding process, the optimum thickness of the solder is between 0.2mm to 0.8mm.

Key Words: ceramics；ultrasound；wetting；microstructure；mechanical properties

目 录

摘 要 I

Abstract I

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的目的及意义 1

1.2 Al₂O₃陶瓷焊接性 1

1.3 Al₂O₃陶瓷连接的研究背景 2

1.3.1扩散连接法 2

1.3.2微波连接 3

1.3.3钎焊 3

1.4超声波辅助钎焊 5

1.5 本课题主要研究内容 5

第二章 实验材料与工艺 7

2.1实验材料及仪器 7

2.1.1实验材料 7

2.1.2 实验设备 9

2.2 实验工艺 11

2.2.1 焊前准备 11

2.2.2 焊接过程 12

2.2.3 金相分析试样的制备 12

2.2.4 显微组织的观察 13

2.2.5 接头剪切性能测试 13

第三章 试验结果与讨论 15

3.1钎料的显微形貌分析 15

3.2 超声涂覆层微观组织 15

3.3 焊缝微观组织分析 16

3.4钎料厚度对焊接接头的影响 20

第四章 实验总结与展望 23

4.1 实验结论 23

4.2 研究展望 23

参考文献 24

致 谢 25

第一章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

材料是发展高新技术的重要物质基础，对促进国家科技进步、增强军事实力、发展经济和改善人民生活质量起着至关重要的作用，它反映一个国家的科学技术与工业水平^[1]。因此，世界各国都很重视开发与研究先进材料，并且发展材料也长期处于十分重要且优先的地位，目前，我国也已将材料确定为“十三五”期间最具战略影响的重要领域之一。

陶瓷材料由于具有优异的耐高温、耐磨损、绝缘、抗氧化和物化性质稳定等诸多优良特性，已被广泛的应用于各个行业及各个领域 ^[2]。不论在航空航天等国防高科技技术领域，还是在机械、化工、冶金等普通工业领域，都有其广泛的应用前景：在生物医疗领域，基于其高硬度耐腐蚀的特性，陶瓷可以被用于生物骨材替代及生物传感器等方面；在航天领域，基于其质量轻高性能防热的特性，陶瓷已被用于航天飞机的热防护系统；在民用生活领域，基于其高硬度高耐磨的特性，陶瓷被广泛的用于高档刀片的制作。目前，世界主要发达国家均加大投入了对新型陶瓷及其复合材料的研究，可以说，陶瓷材料是非常有发展前景的材料。

Al₂O₃陶瓷作为世界上应用面最广、生产量最大的陶瓷材料之一，受到人们更多的探索与研究。近年来，随着经济的发展，Al₂O₃陶瓷已广泛被应用于光学仪器、电子产品及电气设备。尤其是在电子工业领域，因为兼具高热导率和高绝缘性，散热能力优异，Al₂O₃陶瓷广泛被用于多芯片式封装用陶瓷多层基板。由于实现了高密度封装，缩短了芯片本身的信号传输时间，不仅使计算机的性能提高了十多倍，而且价格也大幅度连续下降^[2]。