發(fā)布時(shí)間：2017-12-06 13:35

  本文關(guān)鍵詞：微電流作用下金屬與氧化鋯的界面潤(rùn)濕及連接

  更多相關(guān)文章： ZrO_2陶瓷 直流電 潤(rùn)濕 微觀結(jié)構(gòu) 釬焊 剪切強(qiáng)度

【摘要】：氧化鋯陶瓷(ZrO_2)以其高硬度、低導(dǎo)熱、高抗熱沖擊性和高溫離子導(dǎo)電等特性,在傳感器、電子封裝、燃料電池等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。在應(yīng)用中經(jīng)常涉及到金屬與氧化鋯陶瓷的連接,兩者之間的潤(rùn)濕是實(shí)現(xiàn)連接的前提。然而,氧化鋯陶瓷與金屬之間的物理化學(xué)性質(zhì)差異極大,潤(rùn)濕往往非常困難。改善潤(rùn)濕性的傳統(tǒng)方法包括向金屬中添加活性元素和在氧化鋯表面鍍可潤(rùn)濕的金屬層,但是這兩種方法并不是在任何條件下都可行。因此,采用更可行、更有效的方法提高金屬與氧化鋯之間的潤(rùn)濕性是研究者們不斷努力的目標(biāo)。本文充分利用了氧化鋯陶瓷的高溫氧離子導(dǎo)電特性,創(chuàng)新性的應(yīng)用電流耦合座滴裝置,采用施加電流的方法實(shí)現(xiàn)了不含活性元素的金屬(Al、Sn Ag Cu和Ag Cu)與氧化鋯陶瓷之間的潤(rùn)濕和連接。通過(guò)研究工藝參數(shù)、微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能建立起三者之間的內(nèi)在聯(lián)系。本文獲得的主要研究成果如下:(1)發(fā)現(xiàn)了施加反向電流(即電流從ZrO_2流向金屬)能夠顯著促進(jìn)金屬(Al、Sn Ag Cu、Ag Cu)在ZrO_2上的潤(rùn)濕,揭示出電流作用下ZrO_2陶瓷發(fā)生電化學(xué)還原生成非計(jì)量比氧化鋯ZrO_2-x和界面上形成Zr原子是促進(jìn)潤(rùn)濕的主要機(jī)制。(2)闡明了施加反向電流能夠促進(jìn)固-液界面上含Zr金屬間化合物的形成,并能夠通過(guò)控制工藝參數(shù)控制其厚度。適當(dāng)厚度的金屬間化合物能夠極大提高金屬 ZrO_2陶瓷界面結(jié)合強(qiáng)度,從而提高釬焊接頭的性能。但界面上金屬間化合物的形成對(duì)潤(rùn)濕的改善作用有限。(3)揭示出電流極性、溫度、電流強(qiáng)度和Zr O_2基板性質(zhì)對(duì)Al/ZrO_2體系潤(rùn)濕的影響規(guī)律。施加正向電流(電流從金屬流向ZrO_2)導(dǎo)致Al熔體氧化使體系不潤(rùn)濕。施加反向電流極大促進(jìn)潤(rùn)濕。電流強(qiáng)度增加使非計(jì)量比氧化鋯ZrO_2-x的形成速度加快,導(dǎo)致體系快速潤(rùn)濕。溫度和ZrO_2基板穩(wěn)定劑含量及種類會(huì)影響ZrO_2陶瓷自放氧量,放氧量增加時(shí),Al的氧化膜增厚,增加了電流破除的難度,使體系潤(rùn)濕速率降低。(4)Al/Zr O_2潤(rùn)濕樣品的界面結(jié)合強(qiáng)度受電流強(qiáng)度、通電時(shí)長(zhǎng)、溫度及ZrO_2基板穩(wěn)定劑含量和種類的影響,界面上ZrAl3金屬間化合物的厚度制約著界面連接強(qiáng)度。(5)以Sn Ag Cu/ZrO_2為例,揭示出電流作用下合金與ZrO_2的潤(rùn)濕規(guī)律及在連接Ni ZrO_2中的作用機(jī)制。ZrO_2陶瓷低溫導(dǎo)電性較差,電流作用下非計(jì)量比氧化鋯Zr O_2-x的生成速率決定了合金在ZrO_2陶瓷上的鋪展速率,因此提高電流強(qiáng)度和升高溫度都能夠促進(jìn)體系潤(rùn)濕。施加反向電流,應(yīng)用Sn Ag Cu釬料能夠?qū)崿F(xiàn)金屬Ni與ZrO_2的釬接。釬縫中形成的Zr Sn Ni相是提高接頭剪切強(qiáng)度的關(guān)鍵。(6)以Ag Cu/ZrO_2為例,揭示出電流作用下不易氧化的合金與ZrO_2的潤(rùn)濕規(guī)律及在連接304 S S與ZrO_2時(shí)的作用機(jī)制。施加正反兩向電流都能夠促進(jìn)體系潤(rùn)濕,施加正向電流使O在界面富集,降低了界面能從而促進(jìn)體系潤(rùn)濕,但界面上氧過(guò)多會(huì)導(dǎo)致合金與氧化鋯陶瓷無(wú)法實(shí)現(xiàn)連接。施加反向電流,應(yīng)用Ag Cu釬料能夠?qū)崿F(xiàn)304 S S與ZrO_2陶瓷的釬接。釬縫中形成的AgCu4Zr相提高了接頭剪切強(qiáng)度。電流增大時(shí),應(yīng)用72Ag 28Cu釬料,接頭斷口均在Ag富集層;應(yīng)用60Cu 40Ag釬料時(shí),接頭斷口在304 S S一側(cè)。綜上,本研究提出了一種實(shí)現(xiàn)金屬與ZrO_2陶瓷潤(rùn)濕及連接的新方法,揭示出潤(rùn)濕調(diào)控機(jī)理、界面演變規(guī)律以及工藝因素 界面結(jié)構(gòu) 接頭性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。研究結(jié)果不僅有助于豐富電流作用下界面潤(rùn)濕理論,而且可以為通電條件下材料服役行為的控制提供重要指導(dǎo)和參考。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG454;TQ174.6

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 溫樹林;固體界面結(jié)構(gòu)研究的一些新進(jìn)展[J];無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào);1991年04期

2 李斗星;平德海;寧小光;葉恒強(qiáng);;界面精細(xì)結(jié)構(gòu)與界面反應(yīng)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)[J];金屬學(xué)報(bào);1992年07期

3 王永康;程祥宇;李炳生;夏立芳;雷廷權(quán);;(Ti,Al)N/W_6Mo_5Cr_4V_2膜基界面結(jié)構(gòu)的電鏡研究[J];科技通報(bào);1993年06期

4 凌志達(dá),呂憶農(nóng);大壩混凝土的水泥石-石英集料界面結(jié)構(gòu)研究[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);1990年02期

5 高自立;孫思修;沈靜蘭;;強(qiáng)攪拌體系萃取動(dòng)力學(xué)研究的新進(jìn)展[J];化學(xué)通報(bào);1991年04期

6 劉韓星，袁潤(rùn)章;金屬－陶瓷界面結(jié)構(gòu)的研究[J];化學(xué)通報(bào);1994年06期

7 崔樹范,于文學(xué),徐明,吳蘭生,麥振洪,趙彤,陳凡,呂惠賓,陳正豪,賈全杰,鄭文莉,姜曉明;BaTiO_3/SrTiO_3超晶格界面結(jié)構(gòu)與光電性能關(guān)系研究[J];人工晶體學(xué)報(bào);2000年S1期

8 鄧忠民,鄭福前,文飛,謝明,劉建良,呂賢勇;銀鋁鍺對(duì)硅功率器件中硅和鉬連接界面結(jié)構(gòu)的影響[J];功能材料與器件學(xué)報(bào);1997年03期

9 張建軍;劉文安;;用鐵粉坯連接碳化硅陶瓷界面的微觀結(jié)構(gòu)[J];機(jī)械工程材料;2007年04期

10 趙維維;傅仁利;顧席光;王旭;方軍;;聚合物基復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)與導(dǎo)熱性能[J];材料導(dǎo)報(bào);2013年05期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 高麗;;多媒體界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[A];中國(guó)圖象圖形學(xué)會(huì)第十屆全國(guó)圖像圖形學(xué)術(shù)會(huì)議（CIG’2001）和第一屆全國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研討會(huì)（CVR’2001）論文集[C];2001年

2 黃孝瑛;李欣;孫玉文;蘆慶新;;電子衍襯方法研究界面及其處理[A];第五次全國(guó)電子顯微學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];1988年

3 馮雪飛;鞠煥鑫;葉逸凡;朱俊發(fā);;基于有機(jī)電子和光電器件界面結(jié)構(gòu)的原位同步輻射研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第01分會(huì)：表面物理化學(xué)[C];2014年

4 王樹濤;;細(xì)胞粘附可控界面[A];2013年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集——主題F：功能高分子[C];2013年

5 汪在芹;王燕;林潔;;丹江口大壩混凝土水泥石—集料界面結(jié)構(gòu)研究[A];第五屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第三卷）[C];1996年

6 顧軍;;納米界面結(jié)構(gòu)技術(shù)在提升紡織面料功能的應(yīng)用和實(shí)踐[A];第三屆功能性紡織品及納米技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2003年

7 陳東;馬秀良;;TiN/MgO(001)界面結(jié)構(gòu)研究[A];第十三屆全國(guó)電子顯微學(xué)會(huì)議論文集[C];2004年

8 朱健;;界面薄膜的制備技術(shù)[A];第三次中國(guó)電子顯微學(xué)會(huì)議論文摘要集（二）[C];1983年

9 張貞;L.Piatkowski;E.H.G.Backus;H.Bakker;M.Bonn;;水溶液界面上的鹵族陰離子[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第39分會(huì)：化學(xué)動(dòng)力學(xué)[C];2014年

10 胡良全;張煒;盧嘉德;;納米碳增強(qiáng)碳/酚醛材料的界面結(jié)構(gòu)分析[A];第五屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Ⅲ[C];2004年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 江雷;二元協(xié)同納米界面材料[N];科技日?qǐng)?bào);2000年

2 李薇;奇異的二元協(xié)同納米界面材料[N];光明日?qǐng)?bào);2000年

3 本報(bào)記者 陸蔚榕;納米時(shí)代離我們?cè)絹?lái)越近[N];中國(guó)紡織報(bào);2000年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李文波;SiC/SiO_2界面形成機(jī)理及界面缺陷的第一性原理研究[D];大連理工大學(xué);2015年

2 祝遠(yuǎn)民;自組裝異質(zhì)外延薄膜的界面及生長(zhǎng)機(jī)制原子尺度研究[D];北京科技大學(xué);2016年

3 劉東靜;LED關(guān)鍵界面結(jié)構(gòu)熱特性及可靠性研究[D];江蘇大學(xué);2015年

4 于玉城;Al_(18)B_4O_(33)w增強(qiáng)Al-Mg及Al-Cu基復(fù)合材料的界面調(diào)控及力學(xué)行為[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

5 楊男男;微電流作用下金屬與氧化鋯的界面潤(rùn)濕及連接[D];吉林大學(xué);2017年

6 張立強(qiáng);微電子器件界面結(jié)構(gòu)傳熱與力學(xué)行為多尺度研究[D];江蘇大學(xué);2012年

7 孫鵬;電子封裝中無(wú)鉛焊點(diǎn)的界面演化和可靠性研究[D];上海大學(xué);2008年

8 李進(jìn)春;金屬/過(guò)渡金屬碳化物界面勢(shì)的反演及界面穩(wěn)定性的理論研究[D];北京科技大學(xué);2015年

9 趙寒月;金屬/SiC界面勢(shì)反演和應(yīng)用[D];清華大學(xué);2009年

10 徐根;油田鉆探用PDC熱殘余應(yīng)力及界面結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D];中南大學(xué);2009年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李瑞;Ni-Al_2O_3界面相互作用的第一性原理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 李珊珊;國(guó)產(chǎn)高模量纖維M40/Al復(fù)合材料組織及性能的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 趙悅;鋁合金與鋼CMT熔釬焊技術(shù)研究[D];江蘇科技大學(xué);2015年

4 李霜;多次回流釬焊界面Cu_6Sn_5生長(zhǎng)演變及影響因素[D];大連理工大學(xué);2015年

5 汪群;超聲耦合作用下C/Al界面的潤(rùn)濕與反應(yīng)行為研究[D];東北大學(xué);2013年

6 朱玉婷;多點(diǎn)觸控手勢(shì)在復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)字界面中的應(yīng)用研究[D];東南大學(xué);2015年

7 葉子戎;交互界面中的圖標(biāo)設(shè)計(jì)研究[D];南京藝術(shù)學(xué)院;2015年

8 崇書慶;可用性在家用康復(fù)護(hù)理床界面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[D];浙江理工大學(xué);2016年

9 劉雙;（Mn_xS_y）熱力學(xué)和鋼中α-Al_2O_3-MnS夾雜的界面結(jié)構(gòu)[D];遼寧科技大學(xué);2016年

10 陳巧玲;cBN/hBN界面性質(zhì)第一原理研究[D];山東大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：1258793