非晶钎料及其应用

2.非晶钎料的优点
1.钎缝组织和成分均匀 由于非晶态钎料是从液态合金快速冷却而成 ,其化学成
分保持液态时的均匀性 ,既无晶粒 ,又无共晶相析出 ,熔化均 匀 ,合金中不存在粗大的化合物相 ,因此合金组织单一细化 [4]。 2.材质纯净 ,能显著地提 高钎焊接头的质量
非晶态钎料杂质含量少 ,纯度高。另外 ,非晶态钎料的制 取无需经过锻、轧、拉和拔等过程 ,因此不受加工氧化和润 滑剂的污染。 3.使用方便，成分可调整性高
图2 双辊法示意图
4.非晶钎料的种类及应用
目前常用焊接钎料主要有：镍基、铜基和低温非晶钎 料。 1.镍基钎料
镍基非晶钎料是一种很有发展前景的钎料，可用于航 空、航天、原子能和机械等许多领域的各种高温合金、高 合金钢、不锈钢和高温结构陶瓷的钎焊。 2.铜基钎料
铜基非晶钎料成分均匀，箔带柔韧可以制成所需要的 形状，而且熔点低、流动性好，可以替代银基钎料用于焊 接铜和铜合金、银和银合金及各种接头材料的钎焊。 3.低温非晶态钎料
非晶钎料及其应用
1.非晶及发展历程 2.非晶钎料的优点 3.非晶钎料的制备 4.非晶钎料的种类及应用 5.非晶钎料的研究举例 6.非晶钎料的前景展望
1.非晶及发展历程
非晶：非晶态又称玻璃态，是具有短程有序而长程无序的 结构特征的固体。由于长程无序而使其内能并不处于最低 状态，非晶态固体是属于亚稳相，向晶态转化时会放出能 量。 非晶合金 的优点：1，强度高；2，比强度高；3，弹性好；
低温非晶态钎料主要应用于电子产业、印刷电路和半导 体器件中心和底座的焊接。
5.非晶钎料的研究举例
1.Ti40Zr25Ni15Cu20钎焊Si3N4 1.1实验[7]
采用热压复合Si3N4陶瓷，尺寸16mmX16mmX8mm, 非晶钎料的厚度为（20±0.5）mm，连接前将陶瓷表 面 用 粒 度 3.5μm 的 金 刚 石 研 磨 膏 研 磨 ， 非 晶 箔 带 用 800#金相砂纸磨平。上述材料均在丙酮溶液中分别进 行超声波清洗20min,取出吹干，并按Si3N4/钎料/Si3N4的 顺序装配与钎焊夹具中，放入真空炉进行钎焊。连接 过程中真空度不低于2X10-2Pa，升温速率为10oC/min,连 接后以5oC/min的冷却速度降至800oC，最后随炉冷至 室温。
法主要有以下几种：
1.单辊法[5]
要获得两表面均匀一
致的非晶态合金条带,关
键在于如何控制好喷射带
的厚度.在单辊法中,影响
厚度的因素主要有: 辊轮
的线速度、 喷射压力、
喷嘴缝隙宽度、 喷嘴至
辊面的间距和喷铸时合金
的温度等。
图1单辊急冷法制备非晶态合金示意图
3.非晶钎料的制备
2.双辊法[6]
熔体下落时，正好流入两 辊之间，冷凝成薄带。由于 凝固时热量可以由两个辊轮 传导，所以冷速要比单辊法 的高，冷却速度105K/s。其不 足之处是冷凝过程中薄带会 受到两个辊面的挤压产生形 变和残余应力，而且设备和 操作工艺都较单辊法复杂。
6.钎焊后接头的衬热温度不降低
由于非晶型箔一旦熔化再冷凝时仍将生成通常的合金结 晶结构 ,因此 ,钎接层不会像非晶型箔那样 ,在较低温度下熔 化。由此可见 ,非晶型金属箔对于高温钎焊 ,特别是对于高 温合金、陶瓷的钎焊具有重要的意义。
3.非晶钎料的制备
非晶焊接材料 目前主要以箔状应用为主 ,故快速凝 固法是制备非晶焊接材料的主要方法。实用的制备方
Fig.3. Dependence of brazing time on joint strength
图2和图3反应了焊接接头强度随温度和时间的变化关系。 从图中可以看出焊接接头的强度随温度的升高先上升后下
降，在1323k时强度达到最大值，焊接接头强度随时间的 关系也是先上升后下降，在1323K，保温120min时，焊接 接头的强度达最大值160MPa。
4，磁损 耗小；5，耐腐蚀 缺点：1，脆性大，拉伸塑性几乎为0，难进行二次加工。
2，非晶合金尺寸有限，超过临界尺寸就很难保持 非 晶结构。
3，成本高，通常非晶合金需加入大量的合金元素以 形成非晶结构。
4，性能不稳定，超过某一温度即会发生晶化。
1.非晶及发展历程
非晶发展历程：
1934年，德国人Kramer[1]采用蒸化沉积的方法首次成 功获得了非晶态薄膜；
非晶态钎料比晶态钎料的润湿性能好 ,是因为非晶态钎 料在加热过程中几乎是同时、均一地熔化和铺展 。另外 ,由 于非晶型结构是不稳定的 ,在接近熔化时有析出晶体的倾向, 故在熔化瞬间会放出大量的热 ,有利于加剧钎料中元素扩散 , 从而提高钎料的润湿能力。
5.钎接间隙进一 步减 小
镍基非晶态钎料箔则可以做得很薄 ,置于钎缝内,从而保 证钎缝的小间隙。
5.非晶钎料的研究举例
Fig.4. Comparison of strength of joints brazed with amorphous Ti40Zr25Ni15Cu20 fill and with Ti40Zr25Ni15Cu20 crystalline filler
1950年，Brenner等用电化学沉积法制备Ni-P非晶薄膜；
1960年，Duwez等用快速凝固的方法在Au-Si合金系中 成功制备出Au70Si30非晶合金薄膜[2]；
1969年，庞德和马丁关于用轧辊法制备一定连续长度 条带技术的发表是制备非晶合金的决定性发展[3]；
20世纪90年代以来，由于发现了具有很强的非晶形成 能力的合金系，使得一般的工艺方法可获得三维尺寸 在毫米量级的大块非晶合金。
非晶钎料虽然含有Si、B、P等脆性化合物元素，但由于 成分均匀，组织细化，无粗大脆化相，而制成的钎料箔具 有较好的柔韧性，可根据钎接件的实际需要，预制成一定 形状，准确地置于钎焊接头的间隙中，减少钎料浪费，降 低成本；并可方便的调整合金的成分，得到各种成分的非 晶态钎料。
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4.浸润性 、流动性好
5.非晶钎料的研究举例
1.2 实验结果与分析
Fig.1. SEM images of joint interface brazed at 1223K (a)and 1323K(b)for 30 min
从图1可以看出相同时间下，温度越高，反应层 的厚度越大。
5.非晶钎料的研究举例
Fig.2. Dependence of brazing temperature on joint strength