發(fā)布時間：2017-11-20 00:27

  本文關(guān)鍵詞：方鈷礦系熱電模塊釬焊工藝及機理研究

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【摘要】：熱電技術(shù)是近年來一項研究熱點。本文針對一類鑭和鐿填充的性能優(yōu)異的熱電材料,綜合研究了其在連接構(gòu)成發(fā)電模塊以及后續(xù)使用中會出現(xiàn)的問題,制定了良好的焊接工藝。采用Ag-Cu-Zn-Sn釬料對Cu電極及熱電材料防擴散保護層進行了釬焊,發(fā)現(xiàn)在防擴散保護層表面電鍍鎳層后釬焊界面致密性顯著增加;通過力學(xué)性能測試、XRD分析、能譜分析等,確定在電鍍鎳時間20min、釬焊溫度710℃、保溫時間15min時接頭最高抗剪切強度可達72MPa,典型界面結(jié)構(gòu)為:保護層/Ni/(Cu,Ni)+Cu Ni2Sn+小斑點狀A(yù)g(s,s)/Ag(s,s)+Cu(s,s)+帶狀Cu Ni2Sn/Cu(s,s)/Cu母材;通過DSC對接頭重熔溫度進行了檢測,重熔固相線均在700℃以上,并且隨著釬焊溫度升高而略有升高,能滿足650℃短時耐熱要求;進一步考察接頭長期高溫工作能力的熱時效結(jié)果表明,該體系除了在界面端口產(chǎn)生少量Zn揮發(fā)氣孔外,內(nèi)部未產(chǎn)生缺陷,一定情況下滿足使用要求;提出Zn揮發(fā)的熱力學(xué)和動力學(xué)模型,并進行相關(guān)熱力學(xué)計算解釋了Zn在該體系工作時的行為;采用真空感應(yīng)熔煉的方式制備了一種真空不揮發(fā)的Ag-Cu-In-Sn釬料;在保護層電鍍鎳條件下進行焊接,發(fā)現(xiàn)由于Sn含量增加而反應(yīng)產(chǎn)生層狀Cu Ni2Sn相,導(dǎo)致整體開裂,并且界面出現(xiàn)孔洞,無法通過調(diào)整工藝消除;采用保護層上鍍銅方式進行了釬焊研究,發(fā)現(xiàn)電鍍銅層在基體上難附著,且與保護層缺乏有效結(jié)合;采用鎳/銅復(fù)合鍍層的方法,在鍍鎳20min、鍍銅20min、釬焊溫度660℃、保溫時間10min下得到接頭最高剪切強度為84.3MPa,典型界面結(jié)構(gòu)為:保護層/Ni/Cu(s,s)+Cu Ni2Sn/大塊Ag(s,s)+殘余Cu(s,s)+Cu3Sn+Cu3.02Sn0.98/Cu(s,s)+小顆粒Ag(s,s)/Cu母材;對接頭DSC分析發(fā)現(xiàn)重熔溫度也在700℃以上,滿足使用要求;時效考察結(jié)果表明,在鍍鎳20min、鍍銅20min時,Ni含量過高,在長期加熱銅層消耗完后依舊會與Sn產(chǎn)生脆性層,不滿足使用要求;調(diào)整膜層結(jié)構(gòu),當鍍鎳5min、鍍銅30min時,銅占優(yōu)勢最終形成銅鎳固溶體,很好滿足使用要求。制備了熱電材料,采用鍍鎳5min、鍍銅20min的復(fù)合鍍層加Ag-Cu-In-Sn釬料構(gòu)造了兩對相連的熱電模塊,其電性能表現(xiàn)良好,輸出電壓隨溫差增加顯著增加,但接觸電阻依舊過大,原因是冷端錫焊鋪展和接觸不完全。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG454

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本文編號：1205467