降低陶瓷与金属连接接头残余应力的新方法研究

admin · 发表于昨天 23:30

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新材料及异种材料的连接技术，是当前材料连接领域的前沿和热点之一。研究和开发陶瓷与金属等异种材料的连接是充分发挥陶瓷优良特性，推广陶瓷材料应用的有效途径。但是，由于陶瓷和金属材料在化学成分、物理结构和性能上存在极大的差异，特别是二者之间热膨胀系数不匹配引起的接头残余应力，是影响接头强度的主要因素。因此，进行陶瓷/金属接头残余应力的分析，寻求缓解残余应力的有效方法，对于改善接头性能，进一步开发陶瓷/金属连接技术具有极其重要的意义。本文首次提出采用不锈钢泡沫材料作为中间过渡层缓解接头残余应力，并借助ANSYS非线性有限元软件，采用有限元数值模拟的方法，对Al2O3陶瓷与1Cr18Ni9Ti不锈钢直接以及填加不锈钢泡沫中间层钎焊连接接头残余应力大小和分布情况进行了分析。计算结果表明，填加不锈钢泡沫中间层后，接头的残余应力较前有着相似的分布特征，但是残余应力分布趋势更加缓和，各方向应力峰值都有较大程度的减小，从而验证了泡沫中间层缓解残余应力的有效性，最终为陶瓷/金属连接工艺的优化及制定提供理论基础。利用实验研究的方法，深入研究了陶瓷与不锈钢直接以及填加不锈钢泡沫层的真空钎焊接头的组织结构和性能，分析不锈钢泡沫对接头组织结构、抗剪强度和热循环寿命的影响规律。实验结果表明，含不锈钢泡沫中间层的接头界面产物和种类未发生变化，但是接头中出现了许多不规则的泡沫孔洞，并且随着中间厚度不同孔洞的形态和数量也有所不同。以抗剪强度评价接头的力学性能，发现随着不锈钢泡沫层的加入，接头的抗剪强度得到了提高。利用有限元法和试验法验证了不锈钢泡沫层的加入，极大的提高了Al2O3陶瓷/不锈钢接头热循环寿命。通过观察分析接头的断口形貌，确定出直接及含不锈钢泡沫层的钎焊接头断裂路径。

降低陶瓷与金属连接接头残余应力的新方法研究

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