【摘要】：反應(yīng)性納米多層膜是一種新型的納米含能材料,在較低的能量誘發(fā)下,可發(fā)生自蔓延反應(yīng),放熱瞬間可獲得1000-3000℃的高溫,反應(yīng)波傳播速度高達(dá)100m/s,在真空或大氣環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)微電子芯片、金屬與非金屬(陶瓷、碳泡沫等)以及金屬與非晶合金等的釬焊和擴(kuò)散焊連接,是材料微納米連接領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。以Ni/Al為代表的反應(yīng)性納米多層膜體系已廣泛應(yīng)用于互連焊接、3D疊層封裝等領(lǐng)域,并在軍工和航天航空領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。研究反應(yīng)性納米多層膜的材料組成、微觀結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、放熱反應(yīng)的熱力學(xué)特征以及在連接中的應(yīng)用,對(duì)納米材料制備、新型材料連接等領(lǐng)域具有較大的指導(dǎo)意義。本文對(duì)兩種新型Ti/Ni和Ti/Si反應(yīng)性納米多層膜進(jìn)行了磁控濺射制備和微觀結(jié)構(gòu)表征,分析了薄膜在低能量誘發(fā)條件下反應(yīng)的放熱過程、反應(yīng)波傳播速度和反應(yīng)產(chǎn)物,并采用Ti/Ni納米多層膜對(duì)鈦合金進(jìn)行了TLP真空擴(kuò)散焊,系統(tǒng)研究了納米多層膜成分和連接工藝對(duì)接頭性能的影響。并采用Ti/Si納米多層膜作為熱源,探討了其應(yīng)用于自蔓延反應(yīng)連接碳泡沫的潛力。研究結(jié)果表明:(1)Ti/Ni納米多層膜截面鈦鎳層間結(jié)構(gòu)清晰、調(diào)制結(jié)構(gòu)周期性明顯,不過在Ti和Ni界面層之間有一定的擴(kuò)散現(xiàn)象。在大氣下可以發(fā)生自蔓延反應(yīng),反應(yīng)波傳播速度為0.47m/s,反應(yīng)后生成TiNi_3,TiO_2等產(chǎn)物。(2)Ti/Si納米多層膜截面鈦硅層間結(jié)構(gòu)清晰、調(diào)制結(jié)構(gòu)周期性明顯,鈦、硅原子比為5:3的薄膜放熱量大于原子比為1:1的薄膜。大氣下自支撐Ti/Si薄膜在不同基體上自蔓延反應(yīng)的速率有所差異,在絕熱棉上平均反應(yīng)波傳播速度高達(dá)9.6m/s,反應(yīng)后生成Ti_5Si_4、Ti_5Si_3和TiO_2等產(chǎn)物。(3)Ti/Ni納米多層膜TLP擴(kuò)散焊Ti6Al4V鈦合金的接頭強(qiáng)度隨連接溫度升高而明顯提高,并且Ti、Ni的原子比對(duì)接頭強(qiáng)度有顯著影響。連接溫度為800℃,壓力為5MPa時(shí),接頭強(qiáng)度較低,溫度升高到875℃時(shí),Ti、Ni原子比為1:1和1:2的薄膜的接頭強(qiáng)度可達(dá)1000MPa。納米多層膜的納米尺寸效應(yīng)成功的降低了薄膜的熔點(diǎn),在較低溫度(650℃)便可以形成瞬間液相,隨著連接溫度升高,薄膜中的Ni迅速向母材鈦合金中擴(kuò)散,保溫過程中接頭區(qū)域成分逐漸均勻化,氣孔缺陷也逐漸減少。最后,在壓力為5MPa,溫度為900℃時(shí),獲得了強(qiáng)度較高的、無界面、無納米多層膜中間層殘留的焊接接頭。(4)Ti/Si納米多層膜具有釬焊碳泡沫的潛力,其作為局部熱源熔化了部分SnAgCu軟釬料,熔化的釬料進(jìn)入碳泡沫的孔隙,有助于界面的潤濕和冶金結(jié)合。分析認(rèn)為由于制備的薄膜厚度較小且不均勻,放熱量不足以全部熔化釬料,但Ti/Si納米多層膜仍有應(yīng)用于自蔓延輔助連接的前景。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.2;TQ560.1
【圖文】：

北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文，具有應(yīng)用于異種材料連接的巨大潛力。不同體系的反應(yīng)性納米多層膜的制備表征、燃燒特性。層膜概述以及制備方法前蘇聯(lián)學(xué)者 Vadchenko[14]首次觀察到了鎳和鋁之間的自 90 年代，各國學(xué)者也競相開始研究不同的薄膜體系，程進(jìn)行了詳細(xì)表征。反應(yīng)性納米多層膜是指有兩種及-A-B 形式交疊形成的薄膜材料，其中每個(gè)材料薄層終形成的薄膜可以被引燃并發(fā)生自蔓延反應(yīng)。薄膜示

槽法電化學(xué)沉積在電解液中加入適當(dāng)配比的多種金屬離子，通過控制沉積過程中的電壓或者電流，使鍍層成分發(fā)生周期性變化，得到成分和結(jié)構(gòu)周期性變化的薄膜異型結(jié)構(gòu)件設(shè)備簡單、容易操作、生產(chǎn)成本低，對(duì)襯底的面積和形狀變化不敏感，都可以形成良好的外延層只能多層制備氮化屬槽法電化學(xué)沉積周期性地將陰極材料置入含有A金屬離子的電解槽和含B金屬離子的電解槽，得到A金屬層和B金屬層交替分布的薄膜能在電極上沉積的材料納米多層膜最常用的兩種制備方法為磁控濺射法和機(jī)械軋制法是將兩種不同的金屬材料制成金屬箔，將多層金屬箔交替疊加后將次三明治結(jié)構(gòu)放入軋機(jī)中進(jìn)行軋制，經(jīng)多次軋制直到每個(gè)均勻程度到達(dá)要求 圖 1-2 為軋制 Ni/Al 納米多層膜的截面示意

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2720816