熱超聲連接氧化鋁陶瓷的研究.pdf

1、陶瓷材料具有高硬度、高強度、低密度、低熱膨脹系數及良好熱導率、抗化學腐蝕等優(yōu)良性能，被廣泛用于生物醫(yī)療、切削刀具、新能源等領域的關鍵功能結構中。受限于陶瓷自身以及陶瓷與其他材料之間形成高可靠連接的困難性，很大程度上制約了其陶瓷的應用范圍。本文提出一種超聲輔助陶瓷連接方法。輔助超聲的添加具有簡化連接裝置、縮短工藝時間并簡化工藝過程等顯著優(yōu)點。本文以氧化鋁陶瓷為研究對象，搭建熱超聲陶瓷連接裝置，系統(tǒng)地研究輔助超聲連接方法在陶瓷連接領域應用的

2、可行性、超聲工藝參數對陶瓷接頭性能影響的規(guī)律，以及功率超聲在接頭形成過程中的內在作用機理等三個方面。
　　試驗結果表明：本文提出的原理能夠實現(xiàn)氧化鋁陶瓷快速的大氣環(huán)境下直接可靠冶金連接。隨著超聲時間的延長或功率的增大，潤濕不斷改善，接頭中氣孔等缺陷逐漸減少，氧化鋁陶瓷接頭強度增加；超聲施加時間為5~90s時，接頭剪切強度為9.6MPa~95.1MPa；超聲輸出功率從0W增加到200W時，接頭強度從3.9MPa增加到74.5MPa；

3、四點彎曲強度從未施加超聲時的16.58MPa增加到施加超聲25s時的399.92MPa。接頭高溫服役性能測試結果表明：熱超聲連接方法制備的氧化鋁陶瓷接頭能在很大溫度范圍內（0~450℃）可靠服役。熱膨脹系數測試表明：本方法不會明顯改變接頭結構物理特性，氧化鋁陶瓷接頭熱膨脹系數變化不超過在5％。
　　快速的大氣環(huán)境下直接實現(xiàn)氧化鋁陶瓷高可靠連接主要歸因于功率超聲效應。首先，超聲能夠提高液態(tài)金屬在陶瓷表面的潤濕性。超聲波在液態(tài)金屬傳播

4、過程中的特殊機制以及進而在陶瓷表面誘發(fā)大面積外延生長的能力極大改變液態(tài)金屬與陶瓷表面之間的界面能；其次，在超聲波持續(xù)作用過程中被連接陶瓷基材表面被嚴重地侵蝕，大量陶瓷微粒進入接頭內部，改變接頭內部組織結構；再次，接頭內部形成的大尺寸陶瓷相是在超聲作用下通過基底表面外延生長和接頭內部微粒相互碰撞聚合兩個機制協(xié)調完成的，并且隨著超聲輸出能量（時間/功率）的增加，接頭間隙逐漸減小，最終可實現(xiàn)主要由陶瓷相構成的接頭結構；最后，獲得近陶瓷相結構接