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氧化铝陶瓷的微波连接及其界面研究

李顺  
【摘要】: 本论文结合微波升温迅速、选择性加热、高效节能、瞬时无污染等特性,设计保温装置,选择金属Al粉、纳米Si粉、Al-Si合金粉及含Al-Si合金的微膨胀ZTM复合中间层为研究对象,在系统研究金属Al粉、纳米Si粉、Al-Si合金粉的吸波升温特性、润湿特性基础上,通过制定相应的微波连接制度(如时间、功率、压力及装置等),实现了以金属Al粉、纳米Si粉、Al-Si合金粉以及微膨胀ZTM复合中间层的95-Al_2O_3陶瓷的微波连接,并通过对界面结构、物相、元素线扫描分析得出结论如下: 粒径小于100μm金属Al粉、纳米Si粉、Al-Si合金粉均能吸波并迅速升温至熔点以上,实现微波选择性加热。 选用金属Al粉为中间层时,金属Al粉微波加热过程中迅速升温、氧化、熔融,熔体体积膨胀,破壳铺展。增大微波功率和外界压力促进连接。 选用纳米Si粉为中间层时,1KW/20min→2KW/20min→3KW/20min→0KW可成功连接95-Al2O3陶瓷。微波连接过程伴随着中间层的快速升温、氧化、熔融、铺展、渗透,通过液相形成连接;微波热处理促进了界面两侧的元素交换,随中间层的氧化,与基体化合生成莫来石,界面消失,微观结构均匀一致;活性添加剂Mg含量在5wt%以下时有利于发生界面反应,促进界面生成。选用Al-Si合金粉为中间层时,微波连接制度为2KW/20min→自然冷却时可获得陶瓷/合金连接界面,中间层快速升温熔融,在界面上流动、渗透,在冷却中凝固形成陶瓷/合金连接界面;纯Al-Si合金粉由于氧化膨胀剧烈,升温过程难以控制,很难实现无缺陷的陶瓷/陶瓷连接界面。 以20wt%ZrO2、23.7wt%Al-Si、33wt%Al_2O_3、22.3wt%SiO_2和1wt%Y_2O_3为原料的微膨胀ZTM复合中间层在1KW/20min→2KW/20min→3KW/20min→2KW/20min→1KW/20min→0KW微波作用下和5.71KPa外加压力作用下可实现95-Al_2O_3陶瓷的微波连接,连接界面消失,连接强度略低于基体,为324±36MPa;微膨胀ZTM复合中间层微波连接95-Al_2O_3陶瓷的连接机制综合了Al-Si合金粉体、SiO_2粉体微波连接的优点,同时避免了由于过分体积膨胀而引起的界面缺陷,是液相连接、固相反应连接、原位氧化连接、界面化合反应连接的共同作用结果。


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