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《材料焊接性第7章先進(jìn)材料的焊接》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、第7章先進(jìn)材料的焊接先進(jìn)材料是指采用先進(jìn)技術(shù)新近開(kāi)發(fā)或正在開(kāi)發(fā)的具有獨(dú)特性能和特殊用途的材料新型的金屬結(jié)構(gòu)材料先進(jìn)陶瓷材料金屬間化合物和復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用7.1先進(jìn)材料的分類(lèi)及性能特點(diǎn)7.1.1先進(jìn)材料的分類(lèi)先進(jìn)陶瓷材料金屬間化合物復(fù)合材料先進(jìn)陶瓷材料是指采用精制的高純、超細(xì)的無(wú)機(jī)化合物為原料及先進(jìn)的制備工藝技術(shù)制造出的性能優(yōu)異的產(chǎn)品。先進(jìn)陶瓷材料一般分為結(jié)構(gòu)陶瓷、陶瓷基復(fù)合材料和功能陶瓷三類(lèi)。是指由兩種或兩種以上的物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)，按一定方式、比例及分布方式組合而成的一種多相固體材料。金屬鍵結(jié)合，
2、具有長(zhǎng)程有序的超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。它不遵循傳統(tǒng)的化合價(jià)規(guī)律，具有金屬的特性，晶體結(jié)構(gòu)與組成它的兩個(gè)金屬組元的結(jié)構(gòu)不同，兩個(gè)組元的原子各占據(jù)一定的點(diǎn)陣位置，呈有序排列。7.1.2先進(jìn)材料的性能特點(diǎn)與單一材料相比，復(fù)合材料的最大特點(diǎn)是具有優(yōu)異的綜合性能和可設(shè)計(jì)性。與金屬材料相比，陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)比較低，一般在/K的范圍；熔點(diǎn)高很多，有些陶瓷可在2000-3000℃的高溫下工作且保持室溫時(shí)的強(qiáng)度，而大多數(shù)金屬在1000℃以上就基本上喪失了強(qiáng)度性能。先進(jìn)材料具有高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等一系列優(yōu)點(diǎn)。與無(wú)序合金相比，
3、金屬間化合物的長(zhǎng)程有序超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)保持很強(qiáng)的金屬鍵結(jié)合，具有許多特殊的物理、化學(xué)性能，如電學(xué)性能、磁學(xué)性能和高溫力學(xué)性能等。7.2陶瓷材料與金屬的焊接7.2.1陶瓷的分類(lèi)及性能陶瓷的分類(lèi)結(jié)構(gòu)陶瓷功能陶瓷電子陶瓷高溫陶瓷光學(xué)陶瓷高硬度陶瓷等氧化物陶瓷非氧化物陶瓷氧化鋁部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷氮化硅、碳化硅7.1.2陶瓷與金屬的焊接性分析陶瓷與金屬的焊接性分析焊接裂紋界面潤(rùn)濕性差界面反應(yīng)焊接裂紋產(chǎn)生原因避免措施陶瓷與金屬的化學(xué)成分和物理性能有大差別，特別是線(xiàn)膨脹系數(shù)差異很大，此外，陶瓷的彈性模量也很高。陶瓷與金屬的焊接一
4、般是在高溫下進(jìn)行。添加中間層或合理選用釬料合理選擇被焊陶瓷與金屬，在不影響接頭使用性能的條件下，盡可能使兩者的線(xiàn)膨脹系數(shù)相差最?。粦?yīng)盡可能地減少焊接部位及其附近的溫度梯度，控制加熱和冷卻速度，降低冷卻速度，有利于應(yīng)力松弛而使應(yīng)力減小；采取缺口、突起和端部變薄等措施合理設(shè)計(jì)陶瓷與金屬的接頭結(jié)構(gòu)。界面潤(rùn)濕性差產(chǎn)生原因改善方法陶瓷材料含有離子鍵或共價(jià)鍵，表現(xiàn)出非常穩(wěn)定的電子配位，很難被金屬鍵的金屬釬料潤(rùn)濕，所以用通常的熔焊方法使金屬與陶瓷產(chǎn)生熔合是很困難的。陶瓷表面的金屬化處理活性金屬化法在釬料中加入活性元素，使釬
5、料與陶瓷之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使陶瓷表面分解形成新相，產(chǎn)生化學(xué)吸附，形成結(jié)合牢固的陶瓷與金屬結(jié)合界面，這種方法稱(chēng)為活性金屬化法。Mo-Mn法蒸發(fā)法噴濺法離子注入法等界面反應(yīng)陶瓷與金屬接頭在界面間存在著原子結(jié)構(gòu)能級(jí)的差異，陶瓷與金屬之間是通過(guò)過(guò)渡層(擴(kuò)散層或反應(yīng)層)而焊接結(jié)合的。兩種材料之間的界面反應(yīng)對(duì)接頭的形成和性能有極大的影響。接頭界面反應(yīng)的組織結(jié)構(gòu)是影響陶瓷與金屬焊接性的關(guān)鍵。表7.4不同類(lèi)型陶瓷與金屬接頭中可能出現(xiàn)的界面反應(yīng)產(chǎn)物7.2.3陶瓷與金屬的焊接工藝特點(diǎn)陶瓷與金屬的焊接方法包括釬焊、擴(kuò)散焊、電子束焊
6、、摩擦焊等。其中應(yīng)用較多的方法是釬焊和擴(kuò)散焊。無(wú)論采用哪種焊接工藝，陶瓷與金屬焊接接頭的性能須滿(mǎn)足如下基本要求：所形成的陶瓷與金屬的焊接接頭，必須具有較高的強(qiáng)度焊接接頭必須具有真空的氣密性接頭殘余應(yīng)力應(yīng)最小，焊接接頭在使用過(guò)程中應(yīng)具有耐熱、耐蝕和熱穩(wěn)定性能焊接工藝應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化，工藝過(guò)程穩(wěn)定，生產(chǎn)成本低釬焊擴(kuò)散焊電子束焊陶瓷金屬化法釬焊工藝活性金屬化法釬焊工藝主要優(yōu)點(diǎn)是接頭強(qiáng)度高，工件變形??；不足之處是保溫時(shí)間長(zhǎng)、成本高、試件尺寸和形狀受到真空室限制。采用添加活性元素的釬料直接對(duì)陶瓷與金屬進(jìn)行釬焊在陶瓷表面進(jìn)行
7、合金化后再用普通釬料進(jìn)行釬焊電子束焊是利用高能密度的電子束，轟擊焊件使局部加熱、熔化而將工件焊接起來(lái)7.3金屬間化合物的焊接7.3.1金屬間化合物的分類(lèi)及性能Ni-Al系金屬間化合物Ti-Al系金屬間化合物Fe-Al系金屬間化合物Ni3Al金屬間化合物具有獨(dú)特的高溫性能，低于800℃時(shí)屈服強(qiáng)度隨溫度升高而增加。Ti3Al為密排六方有序超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，高溫下（800~850℃）具有良好的高溫性能，密度較小（4.1~4.7g/cm3），彈性模量較高（110~145GPa），與鎳基高溫合金相比可減輕質(zhì)量40%。Fe3A
8、l的彈性模量較大，熔點(diǎn)較高，比重較小，在室溫下具有鐵磁性特征。7.3.2金屬間化合物的焊接性分析金屬間化合物的焊接性分析焊接裂紋界面反應(yīng)接頭強(qiáng)度低金屬間化合物由于塑性和韌性較差，焊接中的主要問(wèn)題是焊縫及熱影響區(qū)易出現(xiàn)裂紋。界面反應(yīng)生成化合物的類(lèi)型取決于被焊母材和釬料（或中間合金）的物理、化學(xué)性質(zhì)以及焊接工藝參數(shù)。金屬間化合物采用熔焊方法時(shí)，室溫脆性易引起焊接裂紋，降低接頭強(qiáng)度；采用釬焊和擴(kuò)散焊方法，
