Ti@Al2O3/Cu形成复合界面的结构控制及性能研究

来源 :长安大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunxunjun2008
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陶瓷/金属界面作为一类异质界面,广泛存在于电子封装材料、电触头材料和金属催化剂等各个领域。但是陶瓷/金属体系界面润湿性差,界面结合不牢固。要实现陶瓷与金属良好的界面结合,首先要解决润湿问题。在改善润湿性时,界面结构及界面结合力变化较大。因此,需要对陶瓷/金属界面润湿性的改善工艺、界面控制方法进行深入研究,才能促进陶瓷/金属复合材料的开发和应用。本实验首先采用熔盐法在氧化铝陶瓷表面制备Ti基涂层。然后在加热温度1350℃,保温时间60min的真空条件下,将铜熔体与沉积不同厚度Ti涂层的氧化铝陶瓷复合,制备出含有复合界面结构的Al2O3/Cu叠片试样。研究了熔盐反应过程中不同的工艺参数对涂层厚度、微观结构以及涂层与氧化铝陶瓷结合力的影响,从而得到最佳的工艺参数。结合力学性能测试,探究了不同的Ti涂层厚度对Ti@Al2O3/Cu复合界面微观结构及结合强度的影响。研究结果表明:(1)沉积温度800℃,保温时间60min,Ti粉含量9.8wt.%时,Ti涂层连续致密,与氧化铝陶瓷界面结合良好,临界载荷最大为100N。(2)沉积温度800℃,保温时间60min,Ti粉含量9.8wt.%,Ti和Cu的摩尔质量之比为1:1时,Ti-Cu复合涂层的成分为Ti2O和复杂氧化物Cu3Ti3O,复合涂层与氧化铝陶瓷界面结合良好,临界载荷最大为120N。(3)Ti涂层厚度较小时,无法有效改善陶瓷与金属之间的润湿性,Ti@Al2O3/Cu复合界面处存在较宽的裂纹缺陷。随着Ti涂层厚度的增加,大量的Ti与金属铜发生相互溶解扩散形成连续致密的反应过渡层。过渡层存在Ti4Cu2O相与Ti2O相,使Ti@Al2O3/Cu复合界面处呈现良好的冶金结合。(4)当Ti涂层厚度小于5.32μm时,Ti@Al2O3/Cu复合界面的抗拉强度随Ti涂层厚度的增加而逐渐增大。当Ti涂层厚度为5.32μm时,复合界面的抗拉强度最大为15.02MPa。当Ti涂层厚度大于5.32μm时,复合界面的抗拉强度随Ti涂层厚度的增加逐渐减小。(5)Ti涂层厚度较小时,拉伸断裂主要发生在Ti@Al2O3/Cu复合界面处,断口平直。Ti涂层厚度过大时,拉伸断裂几乎全部在近界面的氧化铝陶瓷中。Ti涂层厚度适中时,界面反应充分,拉伸断裂发生在近界面的氧化铝陶瓷和部分反应过渡层中,表现为复合断裂模式。
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