铜锡钛合金钎焊金刚石及立方氮化硼磨粒界面特征分析

采用一种铜基合金(Cu-Sn-Ti)作为活性钎料,在高真空炉中钎焊连接金刚石、立方氮化硼与45#钢基体,将其牢固钎焊在基体表面.通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪进一步研究活性元素Ti在Cu基合金与金刚石及立方氮化硼结合界面的扩散现象.结果表明:活性元素Ti向金刚石、立方氮化硼表面发生偏聚,生成TiC、TiN、TiB和TiB2;活性元素Ti在向金刚石和立方氮化硼磨粒的扩散存在一定的差异性;铜基合金和钢基体的结合界面发生元素扩散生成铁钛金属间化合物.     

Ag-Cu-Ti/TiC复合钎料钎焊细粒度金刚石的研究

在Ag-Cu-Ti合金中加入一定量的TiC颗粒制成复合钎料,进行细粒度金刚石磨粒与45钢基体的真空钎焊实验.运用三维视频显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪分析TiC颗粒、Ag-Cu-Ti合金和金刚石磨粒之间的结合界面.结果表明:TiC颗粒能有效降低试验工艺下Ag-Cu-Ti合金在基体表面的流动性和结晶时产生的隆起,复合钎料在基体表面分布更趋平整,有利于细粒度金刚石钎焊等高性的控制;适量TiC颗粒在结合剂层中的均匀分布,能显著细化结合剂层的显微组织;复合钎料中添加TiC颗粒在实现细粒度金刚石磨粒与钢基体钎焊连接的同时,有效抑制了钎料合金对细粒度金刚石磨粒过度浸润所造成切削刃的包裹,保证了细粒度金刚石磨粒良好的出露.     

超高频连续感应钎焊金刚石界面特征

提出超高频连续感应钎焊工艺方法,采用Ag-Cu-Ti合金钎焊金刚石磨粒与大尺寸钢基体.通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDX)对钎焊后的试样界面微观结构以及金刚石磨粒表面生成物形貌特征进行观察和分析.结果表明,超高频连续感应钎焊实现了金刚石、钎料、基体三者之间的连接,钎焊后的钎料层组织晶粒细小,局部区域可见到枝晶状组织.金刚石与钎料层界面存在Ti元素与C元素的反应层,在金刚石磨粒表面生成点状TiC晶体,其直径均100 nm以下,且在金刚石表面呈离散分布.与真空炉中钎焊工艺相比,该界面结构更有利于钎料层对金刚石磨粒的连接把持.     

基于钎料粒度匹配机理的Ni-Cr合金钎焊金刚石的研究

为解决钎焊金刚石工艺中钎料层厚度均匀性难以控制以及钎料用量与磨粒匹配困难的问题,建立了金刚石磨粒与钎料合理钎焊的几何模型,得到了具有理想钎焊效果的金刚石与钎料粒度匹配公式.运用匹配公式进行了钎焊金刚石新工艺实验,采用粒度为60目的球状颗粒Ni-Cr合金钎料对30目、50目、80目金刚石进行真空钎焊.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)分析金刚石钎焊微观形貌及焊接界面,结果表明:金刚石与Ni-Cr合金钎料界面有新碳化物生成,保证了钎焊性;30目与50目金刚石出露较好,表面无包覆;50目金刚石磨粒被良好包埋,且对金刚石有较好的爬升效果,平均包埋高度约为金刚石粒度的30;.     

Cu-Sn-Cr真空钎焊金刚石界面微结构分析

为降低钎焊金刚石的热损伤和制造成本,开发了一种适于钎焊金刚石的混合金属粉Cu-Sn-Cr作为钎料,并对金刚石磨粒进行了钎焊实验.采用SEM、EDS及XRD对金刚石焊后界面微结构进行了分析.结果表明:适合钎焊金刚石的活性成分为Cu76Sn19Cr5,该钎料能够实现金刚石的高强度连接.在金刚石与钎料界面处有碳化物生成,钎料组织主要由α-Cu固溶体、Cu41Sn11.金刚石焊后形貌完整,表面基本光滑,表面生成了连续片状Cr7C3.     

Cu-32Mn-8Ti预合金粉末与金刚石颗粒的界面反应

采用自制Cu-32Mn-8Ti预合金粉末为粘合剂,在低真空钎焊条件下制备了金刚石复合材料.利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪等研究预合金粉末与金刚石颗粒界面反应.结果表明,在试验条件下,胎体中的Ti原子向金刚石表面扩散,形成约为3～5μm的扩散层,并与金刚石颗粒表面的C发生化学反应生成TiC,呈非连续层片状分布于金刚石颗粒表面,实现了金刚石颗粒与金属的化学键结合.     

机械球磨合金化CuSn/TiH2钎料真空钎焊金刚石研究

利用机械球磨法将Cu-Sn粉末和TiH2粉末进行合金化处理制备出了粒径细小、元素分布均匀的铜基钎料,并开展了其与金刚石的真空钎焊实验.实验结果表明:当钎焊温度为920℃,钎焊时间为12 min时,金刚石表面生成了一层连续、致密的TiC层,有效实现了金刚石的高强度把持;钎料层的相对密度可达到97.6;,组织致密,仅存在少许的微细孔洞;金刚石的热损伤很小,在切削过程中主要经历了小块破碎、大块破碎、磨平等正常磨损形态,很少出现整颗磨粒过早脱落的情况,金刚石利用率高.     

双辉等离子体表面冶金金属化CVD金刚石自支撑膜研究

采用双辉等离子表面冶金技术,在金刚石自支撑膜表面制备了W金属层.借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X-射线衍射仪(XRD)等分别对金属化后的金刚石膜的微观形貌、元素分布及物相组成进行了表征与分析;并通过测试Ag-Cu钎焊的金刚石膜-硬质合金刀片样品的剪切强度,评价金属层与金刚石膜的结合强度.实验结果表明:所制备的W金属层连续、致密,由大量纳米尺度的颗粒状团聚物构成;在金属层与金刚石界面一定深度区域内,存在W和C元素的相互扩散,并且反应生成了WC、W2C等金属碳化物颗粒,表明金属层与金刚石膜之间已形成了牢固的化学键合.     

SiC陶瓷在钎焊过程中的6H到3C多型相变（英文）

为探究钎焊过程对SiC陶瓷晶体结构的影响，为钎焊工艺设计提供理论及试验数据支撑，本研究采用纯Ni箔作为中间层在1 100～1 245℃下实现了6H-SiC的钎焊连接，并研究了焊缝以及6H-SiC基体与焊缝界面处的微观形貌。研究结果表明，少量Ni原子在钎焊过程中会扩散进入6H-SiC陶瓷，并以固溶形式存在，降低了6H-SiC层错能。随着钎焊温度升高，6H-SiC/焊缝界面处的焊后残余应力增大，当钎焊温度达到1 245℃时，界面处的6H-SiC的(0001)面沿■方向产生滑移，6H-SiC切变形成3C-SiC。因此，SiC陶瓷在钎焊过程中受应力和钎料组成元素的作用发生相变，针对特殊环境使用的SiC陶瓷需要斟酌钎焊工艺对其晶体结构及性能的影响。     

铁基结合剂金刚石节块性能的优化

以性能较好的铁基结合剂为基体,加入表面未镀、镀Ni和纳米Al2O3/Ni复合镀层的金刚石,用热压烧结的方法得到铁基结合剂金刚石节块,测量了金刚石铁基结合剂节块的抗弯强度和耐磨性,采用SEM和EDS对复合镀层和金刚石表面的形貌和组分进行了表征.结果表明:在金刚石表面镀覆纳米Al2O3/Ni层后,复合镀层均匀致密,晶粒细小;在热压烧结中,复合镀层能阻止金刚石的石墨化,使金刚石和基体之间有强的化学结合,所以金刚石和铁基结合剂之间的界面结合紧密,结合剂对金刚石的把持力提高,节块的抗弯强度从468.9 MPa增加到563.8 MPa,磨耗比从349升高到700.     

玻璃料对铜基金属结合剂性能及结构的影响

采用粉末冶金法向铜基金属结合剂中引入玻璃料,结合材料电子万能试验机、洛氏硬度仪、SEM等检测方法,研究了玻璃料加入对铜基金属结合剂及金刚石磨具的影响.结果表明,随着玻璃料含量的增加,铜基结合剂的抗折强度和抗冲击强度呈下降的趋势,其硬度呈逐渐上升趋势,硬脆相的引入提高了铜基金属结合剂的自锐性;玻璃相和金属相之间结合紧密,两相之间化学元素在界面处发生相互扩散;玻璃料的加入使结合剂对磨料的包裹更加紧密,大大提高了结合剂对金刚石的把持力,有利于增加金刚石磨具寿命及加工效率.     

Ti对Al-Ti合金与金刚石的润湿性和把持力的影响

本文首先研究了Ti对Al-Ti合金与金刚石润湿性的影响,然后以不同Ti含量的Al-Ti合金为基体,加入金刚石,利用热压烧结制备没有和有金刚石铝基节块.测量了节块的抗弯强度并计算了铝基结合剂对金刚石的把持力.结果表明:随着Ti含量的增加,Al-Ti合金对金刚石的润湿性有明显的改善,所以当Ti含量为5wt;时,没有和含有金刚石的Al-Ti节块的抗弯强度值最高,分别为135 MPa和102.1 MPa;把持力系数最大,达到75.6;.     

金刚石与金属(或合金)的结合界面分析

本文从晶体结构方面说明了金刚石化学性质稳定的原因,介绍了提高金刚石工具性能所采用的三种常用方法:金刚石表面金属化、金属基体改性和工艺改变方法.这三种方法起作用的机理可解释为由于强碳化物元素的加入,使得内界面张力系数的降低和发生晶界反应.从而改善了界面结合.另外,本文还介绍了当前金刚石工具的研究主要集中于微量合金元素特别是稀土元素的加入,这可改善金刚石工具综合性能.     

Cu/Hg3In2Te6欧姆接触形成机制的研究

采用电流-电压特性测试和X射线光电子能谱测试对Cu/Hg3In2Te6接触特性及其形成机制进行了研究.研究发现,当所加电压不超过10 V时,Cu/Hg3In2Te6接触的电流-电压特性曲线均呈现出良好的线性关系,表现为欧姆接触特性.经拟合,在1V、3V、5V和10 V电压下的Cu/Hg3In2Te6接触的欧姆特性系数分别为0.99995、0.99981、0.99968和0.99950.当电压增加至12 V及以上时,由于Cu/Hg3In2Te6接触势垒被击穿,导致Cu/Hg3In2Te6欧姆接触被破坏.通过X射线光电子能谱深度剖析,发现界面处的元素存在显著的扩散现象,因而导致界面元素的化学环境发生改变,引起了界面上各元素的结合能发生偏移,其中Cu2p结合能向高能方向偏移0.15 eV,而Te3d结合能向低能方向偏移0.15 eV.研究表明界面元素互扩散是促进Cu/Hg3In2Te6欧姆接触形成的主要原因.     

超高频感应钎焊CBN磨粒的残余应力分析

采用超高频感应钎焊工艺在不同扫描速度条件下对CBN磨粒与45钢基体实现钎焊连接.采用激光Raman 光谱仪对钎焊后CBN的残余应力状态进行了检测分析,探讨了残余应力的形成机理,最后研究了超高频感应钎焊CBN砂轮的磨损特征.结果表明:钎焊CBN磨粒顶部受残余压应力,底部受残余拉应力,这种应力分布趋势与传统真空炉中钎焊方法获得的残余应力分布刚好相反.随着扫描速度增大,残余应力分布呈上升趋势,最大残余压应力约220 MPa,最大残余拉应力约160 MPa.为了使钎焊CBN磨粒不出现微裂纹,扫描速度不宜超过1 mm/s.缓进给深切磨削镍基高温合金GH4169试验结果显示,钎焊CBN砂轮的主要磨损形式是磨耗磨损和尖角微破碎.     

界面对热沉用金刚石-Cu复合材料热导率的影响

用特殊粉末冶金技术制备了金刚石-Cu复合材料.用SEM、拉曼光谱、EDS分析了复合材料的界面状态,用激光闪光法测量复合材料常温下的热导率.结果表明:在最佳工艺参数下,复合材料热导率可达570W·m-1·K-1;烧结时添加适量的钴可极大促进金刚石与铜之间的粘结;钴向金刚石中的扩散及其在铜熔液中的固溶,使金刚石与铜之间形成过渡层;过渡层可增强金刚石与铜基体过渡界面的相容性,降低界面热阻;金刚石骨架的形成有助于获得超高热导率.     

Ag-Cu-Ti连接SiC/SiC接头界面反应和界面结构

三元Ag-Cu-Ti活性钎料连接常压烧结SiC陶瓷。通过XRD(X-ray diffraction)、EPMA(electron probe microanalysis)和TEM(transmission electron microscopy)研究了SiC/Ag-Cu-Ti界面反应和界面结构。结果表明:焊料中的活性元素Ti与SiC发生化学反应在界面处形成连续致密的反应层,界面反应产物为TiC和Ti5Si3,整个界面形成SiC/TiC/Ti5Si3/Ag-Cu-Ti焊料的结构,其中TiC层晶粒大小约为10 nm左右并且连续分布,而Ti5Si3层晶粒大小差异大(100~500 nm)且不连续,这种差异是由于TiC的高成核率和Ti5Si3的低成核率而产生的。     

气体压力熔渗制备电子封装用金刚石/铝复合材料的研究

金刚石颗粒增强铝基(diamond/Al)复合材料是最受关注的新一代电子封装材料.本文采用气体压力熔渗法制备了金刚石体积分数达到65;的diamond/Al复合材料;通过对相组成及断口形貌的分析,明确了复合材料的界面优化机制及破坏方式,在此基础上,系统研究了复合材料的热物理性能和力学性能随金刚石粒度的变化规律.气体压力熔渗法制备diamond/Al复合材料可以依靠基体铝与金刚石间的扩散反应实现界面优化,显著改善界面形貌,提高结合强度,复合材料断口微观形貌则呈现出典型的塑性断裂特征;依靠两相原位反应优化后的界面可以更加有效的实现热载流子的耦合移动和应力的传递,从而保证复合材料可以获得更为优异的热导率和力学性能;随着金刚石颗粒直径减小,两相界面的影响得以加强,因此复合材料热导率降低,热膨胀系数小幅减小,而力学性能提高,在本文选择的粒度范围内(30～ 150 μm),复合材料的热导率、热膨胀系数以及抗拉、抗压、抗弯强度的相应变化区间分别为400～760 W·m-1·K-1、4.5 ～5.3×10-6 K-1、143～ 94 MPa、603 ～ 363 MPa和429 ～ 277 MPa.     

单粒子在金刚石(001)表面吸附与迁移的第一性原理计算

为了探究纳米金刚石复合薄膜中界面相粒子的微观行为,采用第一性原理方法计算了碳、硅单粒子在清洁金刚石(001)表面的吸附作用与迁移行为.包括C、Si粒子在金刚石(001)面四个高对称位置的构型总能和吸附能以及其在金刚石(001)表面的迁移激活能.结果表明:最稳定的构型是沿(001)生长方向沉积粒子与表面层两粒子相接,且C、Si粒子迁移激活能分别为2.824 eV、0.475 eV.两激活能的差异表明:添加Si能显著促进碳粒子的扩散并形成更加致密的纳米金刚石复合薄膜.     

Al2O3/Cr3 C2/Ti(C,N)复合材料摩擦磨损性能研究

采用热压烧结技术制备了Al2O3/Cr3 C2/Ti(C,N)复合陶瓷材料,对其力学性能、摩擦磨损性能进行测试,用扫描电镜(SEM)对其磨损表面进行观察.结果表明:Al2O3/Cr3 C2/Ti(C,N)复合陶瓷材料具有良好的综合力学性能,在与硬质合金YG8环块摩擦中表现出较高的减摩抗磨性能,摩擦系数与磨损率较单相Al2O3降低近一半.对其磨损机理研究认为,磨粒磨损为主要磨损机制,高的强度和韧性是其具有良好耐磨性能的主要原因.