Si3N4Si3N4陶瓷連接的研究進(jìn)展1

1、Si3 N4/ Si3 N4 陶瓷連接的研究進(jìn)展周飛陳靜羅啟富李志章(浙江大學(xué)杭州 310027)(江蘇理工大學(xué))(浙江大學(xué))摘 要 :本文綜述了 Si3 N4 / Si3 N4 陶瓷連接的研究現(xiàn)狀 ,論述不同連接工藝對(duì)接頭強(qiáng)度的影響 。關(guān)鍵詞 : Si3 N4 ,連接 ,彎曲強(qiáng)度1. 引言氮化硅 ( Si3 N4 ) 陶瓷具有一系列優(yōu)異的 物理 、化學(xué)及力學(xué)性能 ,是發(fā)展十分迅速的一 類新型高溫結(jié)構(gòu)材料 。然而 ,其固有的脆性 導(dǎo)致極小的臨界裂紋 ,增大了陶瓷構(gòu)件在制 作加工中的難度 ,妨礙了其在工程結(jié)構(gòu)中的 應(yīng)用 。為了擴(kuò)大陶瓷的應(yīng)用范圍 ,必須解決 陶瓷的接合問(wèn)題 。陶瓷 的 接 合 ,

2、 特 別 是 陶 瓷 與 金 屬 的 接 合1,已成為近幾十年研究的對(duì)象 。然而 , 隨著氮 化硅陶瓷作為熱機(jī)高溫結(jié)構(gòu)材料的 計(jì)劃 日 趨 接 近 , Si3 N4/ Si3 N4 陶 瓷 的 連 接 研 究 ,已成為人們關(guān)注的方向 。有效的陶瓷連 接 ,不僅有利于制備形狀復(fù)雜的各種構(gòu)件 ,而 且還能改善陶瓷的可靠性 ,將對(duì)陶瓷的精密 制造 ,產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響 。在文獻(xiàn)2中 ,我們論述了 Si3 N4/ 金屬連 接的研究現(xiàn)狀 ?，F(xiàn)在 ,本文主要綜述 Si3 N4/ Si3 N4 陶瓷連接的研究現(xiàn)狀 , 論述不同連接 工藝對(duì)接頭強(qiáng)度的影響 。2. 活性釬焊活性釬焊是利用釬料中所含有的少量活 性元素

3、 (如 Ti 、Zr) ,與陶瓷反應(yīng) ,形成被釬料 浸潤(rùn)的反應(yīng)層 ,實(shí)現(xiàn)陶瓷 / 陶瓷 (金屬) 的化 學(xué)接合 。氮化硅陶瓷是一種共價(jià)鍵化合物 , 不同于離子鍵組成的氧化物陶瓷 ,其連接研 究在某種程度上 ,遠(yuǎn)不及氧化物陶瓷的深入 。八十 年 代 中 期 , Naka 等3用 非 晶 態(tài) 的 Cu66 Ti34 、Cu50 Ti50和 Cu43 Ti57釬料 ,在 1000 1300 ,真空度為 5 ×10 - 5 乇的條件下 ,進(jìn)行 Si3 N4/ Si3 N4 的 釬 焊 研 究 。結(jié) 果 表 明 : 在 1273 K 釬焊時(shí) , Si3 N4/ Cu66 Ti34/ Si3 N

4、4 的接頭 強(qiáng)度低于 Cu50 Ti50 、Cu43 Ti57 釬料形成的接頭 強(qiáng)度 ;當(dāng) T > 1273 K 時(shí) ,Si3 N4/ Cu66 Ti34/ Si3 N4 的接頭強(qiáng)度高于 Cu50 Ti50 、Cu43 Ti57 釬料形成 的接頭強(qiáng)度 。Si3 N4/ Cu50 Ti50/ Si3 N4 的 接 頭 強(qiáng)度隨試驗(yàn)溫度的升高及釬焊時(shí)間的延長(zhǎng)而 下降 。Ti 與 Si3 N4 反應(yīng)形成 TiN 、Ti5 Si3 。其 中 , TiN 的生長(zhǎng)受 N 在 TiN 中的擴(kuò)散速率控 制 。隨后 ,R. E. Loehman 等4研究了 Si3 N4/ Si3 N4 釬 焊 的 連 接

5、機(jī) 理 。在 900 , Al 與 Si3 N4 中的燒結(jié)助劑 SiO2 反應(yīng) ,形成 Al2O3 ; 而 Ag - Cu - Ti 與 Si3 N4 反應(yīng) ,形成復(fù)雜結(jié)構(gòu) 的反應(yīng)層 ( 含有 TiN 、Ti5 Si3 和 TiSi 等反應(yīng) 物) ,其接頭強(qiáng)度高于 Al 釬料的接頭強(qiáng)度 ,并 隨反應(yīng)層厚度的增加而下降 (見(jiàn)圖 1) 。Ning 等5在研究 Al 釬焊 Si3 N4 陶瓷時(shí)發(fā)現(xiàn) : Al / Si3 N4 的界面上不存在 Al2O3 ,而是非晶態(tài)的 SiO2 - Al2O3 相和- Sialon 相 。Al / AA - Si3 N4含燒結(jié)助劑的界面反應(yīng)層厚度大于 Al / A

6、F - Si3 N4無(wú)燒結(jié)助劑的界面反應(yīng)層 厚度 ,并且 ,前者的接頭強(qiáng)度高于后者的接頭 強(qiáng)度 。根據(jù)界面熱應(yīng)力分析可知 : 反應(yīng)層越 厚 ,其熱應(yīng)力的梯度變小 , 導(dǎo)致接頭強(qiáng)度上升 ,這 似 乎 與 Loehman 的 結(jié) 果4相 反 。其 實(shí) ,對(duì)于后者的界面反應(yīng)系統(tǒng) ,反應(yīng)層的結(jié)構(gòu) 為 Si3 N4/ 50 TiN27 Ti2 Si18AgCu5/ Cu4 Ti +在 1800 、3 GPa 、1 小時(shí)的條件下接合 。測(cè) 定其界面附近的維氏硬度與溫度的關(guān)系 ,發(fā) 現(xiàn)直到 1200 , 硬度才有少許下降 , 但不適9Cu3 Ti2/ Cu - Ag 共晶 。當(dāng)反應(yīng)層較厚時(shí) ,熱宜于投入生產(chǎn)

7、。膨脹錯(cuò)配易引起界面裂紋 ,導(dǎo)致強(qiáng)度降低 。為了了解燒結(jié)助劑對(duì)擴(kuò)散連接的影響 ,10冼愛(ài) 平 等6用 活 性 金 屬 釬 料 Ag57 Cu38S. Kanzaki 等將未添加助劑的 Si3 N4 與含Ti5 在 1103 - 1253 K 范 圍 內(nèi) 真 空 釬 焊 熱 壓 Si3 N4 陶 瓷 , 可 得 到 最 大 的 接 頭 強(qiáng) 度 490M Pa ,并且 ,釬焊強(qiáng)度與 Ti / Si3 N4 界面反 應(yīng)產(chǎn)物 TiN 的厚度有關(guān) 。用 Ag - Cu 、Cu - Ni 和 Au - Ni - Pd 在 790 、970 、1130 釬焊 沉 積 Ti 膜 的 Si3 N4 。結(jié) 果 表

8、 明 : 在 790 、970 時(shí) , Ti 膜能促進(jìn)釬料的鋪展 ,并 阻止合金與 Si3 N4 反應(yīng) ; 在 1130 , Ti 開(kāi)始 熔入 Au - Ni - Pd 溶液中 ,與 Si3 N4 反應(yīng) ,形 成牢固的化學(xué)接合7。在上面 , Ti / Si3 N4 界面反應(yīng)產(chǎn)物幾乎都 是 TiN 、Ti5 Si3 ,可以描述成 Ti 在 Si3 N4 表面 富集 ,并與 Si3 N4 反應(yīng) ,即 :9 Ti + Si3 N4 = 4 TiN + Ti5 Si3(1)而 M. Paulasto 和 J . K. Kivilahti8在研究 Ag - Cu - Ti / Si3 N4 界面反應(yīng)層的

9、相結(jié)構(gòu)后 指出 :在釬焊溫度 ,Ag - Cu - Ti 釬料被分成 富銀 少 鈦 的 液 相 L 1 和 富 銅 鈦 少 銀 的 液 相 L 2 。此時(shí) ,液相 L 2 富集在 Si3 N4 表面 ,并與 之反應(yīng) ,形成斜方晶系 Ti - Cu - Si - N 相 , 這由于 Ti 在液相 L 2 中的活度較低所致 ; 對(duì) 于 Ag - Ti 釬料 , Ti 富集在 Si3 N4 表面并顯示 較高的活度 ,其反應(yīng)產(chǎn)物為 TiN + Ti5 Si3 。3 . 擴(kuò)散連接5mol %Y2O3 的 Si3 N4 燒結(jié)體用 HIP 法直接加壓結(jié)合 。結(jié)果表明 : 在 1700 ,含有 Y2O3 的玻

10、璃相富集在接合界面層 ,惡化接頭的高 溫強(qiáng)度 ; 在 1600 以下 , Y2O3 不產(chǎn)生富集 , 而向未添加助劑的 Si3 N4 一側(cè)擴(kuò)散 200m ; 在 1500 接 合 時(shí) , 助 熔 劑 擴(kuò) 散 被 控 制 在 30m 范圍內(nèi) ,產(chǎn)生有效的連接 ,其彎曲強(qiáng)度 為 430M Pa 。M. Nakamura 等11利用熱壓技術(shù) ,在氮 氣中 , 進(jìn)行 Si3 N4/ Si3 N4 的擴(kuò)散連接 。結(jié) 果表明 : 熱壓 Si3 N4 的接頭強(qiáng)度隨接合溫度的 上升 、壓強(qiáng)的增加和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而增大 , 但隨表面粗糙度的增加而減小 。強(qiáng)度的增加 歸功于接合表面的蠕變 ,增大了真實(shí)接觸面 積 。

11、其最高室溫彎曲強(qiáng)度為 567M Pa 。3. 2 有中間層的擴(kuò)散連接3. 2. 1 無(wú)機(jī)非金屬材料在沒(méi)有添加助劑的 Si3 N4 的燒結(jié)體之間 介 入 含 4wt % Y2O3 的 Si3 N4 粉 末 , 以 1800 、3 GPa 、1 小時(shí)的條件而接合 。接合部 位的顯微硬度隨溫度的上升而逐漸下降 ,這 可能是界面玻璃相軟化所致9。以熱膨脹 系數(shù)處于 Si3 N4 與超合金中間的部分穩(wěn)定的 ZrO2 為中間層 ,在 14001500 、1. 5M Pa 、 4060min 的真空條件下 ,進(jìn)行 Si3 N4/ ZrO2/ Si3 N4 的擴(kuò)散連接 , 可得接合強(qiáng)度 175M Pa 。與金

12、屬 / 陶瓷擴(kuò)散連接的研究相比1,如果 Si3 N4的純度較低 ,其表面易被氧化 ,使陶瓷之間擴(kuò)散連接的研究較少 。對(duì)于 Si3 N4/Si3 N4 擴(kuò)散連接的研究 ,根據(jù)中間層的種類 ,可分成以下幾種 :3. 1 無(wú)中間層的擴(kuò)散連接在 Si3 N4 之間的直接加壓接合中 , 由于 超高壓壓縮作用 ,將未添加燒結(jié)助劑的母材界面形成 ZrN ,降低了連接強(qiáng)度12。 使用高嶺土與 Na F 或 Ca F2 加印刷油墨配制的膏狀粘接劑 ,涂在 Si3 N4 或 Sialon 陶瓷表面 ,在空氣中加熱接合 ,可獲得理想的接 合強(qiáng)度13。Na F 與 Ca F2 系的連接溫度分別 為 1100 、145

13、0 。當(dāng)與 Sialon 接 合 時(shí) , 兩圖 1Si3 N4 / Si3 N4 的連接強(qiáng)度與接頭厚度的關(guān) 系種粘結(jié)劑的粘結(jié)強(qiáng)度都以高嶺土的混合比例 40wt %時(shí)最佳 ,同時(shí) , Ca F2 系的接合強(qiáng)度達(dá) 到 320M Pa 。若 使 用 Ca F2 系 粘 接 劑 進(jìn) 行 Si3 N4 的連接試驗(yàn) , 高嶺土在粘結(jié)劑中約占 60wt %時(shí) , 接合強(qiáng)度最高可達(dá) 160M Pa 。其 接合機(jī)理可能為 :Ca F2 高溫分解而腐蝕粘結(jié) 面 ,從高嶺土中排出結(jié)晶水 ,使接合表面的潤(rùn) 濕性得以改善 。3. 2. 2 金屬材料以 Al 為中間層 ,在 9731223 K、00. 15M Pa 、2

14、30min 的條件下 ,進(jìn)行 Si3 N4/ Al/ Si3 N4 的擴(kuò)散連接 , 可得接頭強(qiáng)度 500M Pa 。 其接頭彎曲強(qiáng)度隨接合溫度及壓強(qiáng)的增大而增加 ,界面反應(yīng)產(chǎn)物為 AlN 或 Al2O 14。3M. Nakamura 等15 用 80wt % Ni -頭強(qiáng) 度 的 影 響 , 即 ( a ) . Si3 N4/ Ni/ Ni - Cr/ Ni/ Ni - Cr/ Ni/ Si3 N4 、( b) . Si3 N4/ Ni - Cr/ Si3 N4 、( c ) . Si3 N4/ Ni - Cr/ Ni/ Ni - Cr/ Si3 N4 。結(jié)果表明 :在 1423 K、22M

15、Pa 、穩(wěn)態(tài)氬 氣保護(hù) ,保溫 1 小時(shí)的條件下 ,這三種組合體 連接很好 。但 (a) 、(c) 組合的接頭強(qiáng)度高于 (b) 組合的接頭強(qiáng)度 ,其中 , (a) 組合的接頭強(qiáng) 度最高 。這歸功于 : . 純 Ni 易于變形 ,能 與 Si3 N4 緊 密 接 觸 ; . Ni 能 阻 止 Cr 與 Si3 N4 直接反應(yīng) , 并可抑制 CrN 的分解 。在 (a) 組合中 ,Cr 通過(guò) Ni 擴(kuò)散到 Si3 N4/ Ni 的界 面 ,形成 CrN 、Cr2 N ,但反應(yīng)層的厚度小于 (c) 組合的厚度 ,這說(shuō)明 (a) 組合的反應(yīng)層厚度受 Cr 在 Ni 中的擴(kuò)散速率控制 。翟陽(yáng)等17用非晶

16、態(tài) Cu50 Ti50 、Cu50 Ti50B作為 Si3 N4/ Si3 N4 擴(kuò)散連接的中間層 。與晶 態(tài) Cu50 Ti50 、Cu50 Ti50 B 的擴(kuò)散連接相比 , 非 晶態(tài)材料作中間層 ,可改善工藝條件 ,降低連 接溫度 ,提高接頭強(qiáng)度 。同時(shí) , 也發(fā)現(xiàn) B 有 利于提高接頭強(qiáng)度 。其界面反應(yīng)機(jī)制為 : 活 性元素 Ti 向 Si3 N4/ 金屬界面擴(kuò)散 、富集并與 Si3 N4 反應(yīng) ,生成界面相 TiN 、Ti5 Si3 。根據(jù)文 獻(xiàn)8,其反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)為斜方晶系 Ti - Cu - Si- N 相 ,而他們認(rèn)為 TiN 、Ti5 Si3 ,這可能與非 晶態(tài)中間層成分均勻 ,活

17、性元素 Ti 更易向界 面擴(kuò)散 、富集有關(guān) 。3. 2. 3 有機(jī)材料M. Nakamura 等11用聚乙烯作中間層 , 在 14001600 、0. 140M Pa 、N2 保護(hù) ,保 溫 0. 58h 的條件下 ,進(jìn)行 Si N / Si N 的擴(kuò)3 43 420wt %Cr 合金作中間層 ,在 10001350 、50 100M Pa 、氬 氣 保 護(hù) 的 條 件 下 , 進(jìn) 行 Si3 N4/ Ni - Cr/ Si3 N4 的 擴(kuò) 散 連 接 。結(jié) 果 表 明 :在 Ni - Cr/ Si3 N4 的界面上 ,有 CrN 、Cr2 N 和 NiSi 反應(yīng)產(chǎn)物存在 。其接頭強(qiáng)度可達(dá)到

18、550644M Pa ,但強(qiáng)度的波動(dòng)較大 ,這歸功于 CrN 在 1273 K 以上的分解 ,形成界面空洞 。 隨后 ,他們16研究了金屬箔排列不同時(shí)對(duì)接散連接 。在高溫時(shí) ,聚乙烯碳化 ,變成碳 ,碳 在高溫下與 Si3 N4 反應(yīng) ,即 :Si3 N4 + 3C = 3SiC + N2(2)根據(jù)圖 2 可知 :在相同條件下 ,有中間層的接 頭強(qiáng) 度 高 于 無(wú) 中 間 層 的 接 頭 強(qiáng) 度 , 這 表 明 SiC 的形成 , 提高了接頭強(qiáng)度 。隨后 , R. V . Krishnarao 等18研究了碳與 Si3 N4 的界面反 應(yīng) 。在 1100 、16M Pa 、0. 5h 的條件下

19、 ,可獲圖 2 溫度對(duì)接合強(qiáng)度的影響有聚乙烯無(wú)中間層(保溫 0. 5h ,接合壓強(qiáng) :20M Pa)得優(yōu)異的 Si3 N4/ C/ Si3 N4 接合體 。當(dāng) Si3 N4 表 面存在一層氮氧化合物 Si2 N2O 時(shí) ,界面反應(yīng) 為 :Si2 N2O + C( s) = 2Si ( s) + CO (g) + N2 (g) (3)被還原的 Si 及 Si3 N4 隨后與 C 反應(yīng) ,形 成- SiC ,即 :Si ( s) + C( s) = SiC( s)(4)Si3 N4 ( s) + 3C( s) = 3SiC( s) + N2 (g)(5)- SiC 的形成有利于降低連接溫度 ,這歸

20、功 于 SiC 能提高 Si3 N4 粒子的反應(yīng)燒結(jié)速率 。4. 玻璃陶瓷連接目前 ,人們普遍利用活性金屬 Ti 富集在 Si3 N4/ 金屬 界 面 , 與 Si3 N4 反 應(yīng) , 形 成 TiN 、 Ti5 Si3 或斜方晶系 Ti - Cu - Si - N 相 ,來(lái)促 使 Si3 N4/ Si3 N4 接合在一起 。但界面脆性相 的生成和熱應(yīng)力產(chǎn)生的界面裂紋 ,降低了接 合強(qiáng)度 ,并且 ,此類接頭不適合高溫使用 。為 了克服上述缺點(diǎn) ,人們使用玻璃陶瓷釬料 ,來(lái) 進(jìn)行 Si3 N4/ Si3 N4 連接的探索研究 。用接 合 劑 與 Si3 N4 生 成 的 低 熔 晶 體Si3 N

21、4 - SiO2 - MgO - CaO 粉末 , 在 1350 1600 、15M Pa 、1h 的條件下接合 ,可獲得最 高抗彎強(qiáng)度 360M Pa 。在接合區(qū) ,發(fā)現(xiàn) Ca 和 Mg 擴(kuò)散到 Si3 N4 中 ,存在大量玻璃相和熱裂 紋19。隨后 , Mecart ney 等20根據(jù) Si3 N4 晶 界玻璃相的成份 ,開(kāi)發(fā)一種 MgO - Al2O3 - SiO2 ( MAS) 玻 璃 釬 料 。在 1550 1650 、 1. 5M Pa 、保溫 0. 51h 的條件下接合 ,可獲 得最高彎曲強(qiáng)度 460M Pa ,這歸功于 Si3 N4 界 面能的下降以及形成 Si2 N2O 反應(yīng)

22、相的吉布 斯能減少 。界面為 Si2 N2O 、- Si3 N4 和殘余 氮氧玻璃的混合物 。為了減少接頭區(qū)的玻璃相 ,Johnson 和 Rowcliffe21采用二階段連接方法 , 即 : 先在 Si3 N4 接合表面涂一層 MAS 釬料 , 然后 , 通 過(guò)拋光 、研磨來(lái)控制玻璃相的厚度 。由圖 3 可知 : 接頭強(qiáng)度僅與接頭厚度有關(guān) 。當(dāng) t > 30m 時(shí) , 由 于 熱 膨 脹 錯(cuò) 配 , 形 成 界 面 熱 裂 紋 ,引起接頭強(qiáng)度降低 。并且 ,在高溫時(shí) ,玻 璃釬料與 Si3 N4 發(fā)生反應(yīng)22,即 :Si3 N4 ( s) + 3MgO ( s)= 3SiO ( g)

23、+ 3Mg (g) + 2N2 (g)(6)圖 3 Si3 N4 / Si3 N4 的連接強(qiáng)度 與接頭厚度的關(guān)系(1580 , PN = 0. 2M Pa , 45min)2因此 ,有許多氣孔存在玻璃相中 , 充當(dāng)裂紋 源 ,也導(dǎo)致強(qiáng)度下降 。當(dāng) t < 25m 時(shí) , 玻璃相被消耗 , Si2 N2O 在接合區(qū)長(zhǎng)大 , 使接合區(qū) 存在許多孔洞 ,導(dǎo)致接合強(qiáng)度降低 。為了減向玻璃中擴(kuò)散 ,得到 216M Pa 的接頭 ; ( 3) 用SiO2 - MO ( MBa 、Sr) 釬料 ,界面無(wú)反應(yīng)層 ,少 Si3 N4 分解引起的空洞 , S. Baik 等23通過(guò)但有 Ba 、Sr 向 S

24、i3 N4中擴(kuò)散 ,并獲得較高的在 MAS 釬料加少量的純硅 ,來(lái)抑制 Si3 N4 的 分解 ,改善接頭性能 。若用 Y2O3 代替 MgO ,可改善接頭的高 溫強(qiáng)度22。利用 Si - Ca - Al - Y - O - N 玻 璃 ,在 14001700 進(jìn)行 Si3 N4 的接合 ,可得 到 623M Pa 的接頭 。通過(guò)調(diào)整氮含量及接合 溫度 ,可獲得理想的熱膨脹匹配 。在接合區(qū) , Y、Ca 向 Si3 N4 中 擴(kuò) 散24。D. N . COON 等25用 Y - Si - Al - O - N 玻璃在 1550 1725 進(jìn) 行 Si3 N4 的 連 接 。結(jié) 果 表 明 :

25、在1725 ,用高 Y 低 Al 的玻璃封接 Si3 N4 時(shí) , 接合區(qū)有空洞存在 。對(duì)于晶界玻璃相較多的 Si3 N4 ,其封接強(qiáng)度與玻璃釬料 / 晶界玻璃相 的交 互 作 用 有 關(guān) ; 對(duì) 于 晶 界 玻 璃 相 較 少 的 Si3 N4 ,其封接強(qiáng)度與玻璃釬料在 Si3 N4 表面 的鋪展性有關(guān) 。用 Y2O3 - La2O3 - MgO - Si3 N4 混合物在 1450 1700 、25M Pa 、氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件 下 ,進(jìn)行 Si3 N4 的接合 ,可獲得最大室溫強(qiáng)度 500M Pa26。若將 MgO 換成 CaO ,在相同條 件接合 ,結(jié)果表明27:在 1600 ,當(dāng) Si3

26、 N4 與Y2O3 + La2O3 的成份之比為 65 35 時(shí) ,可獲得最高的接頭強(qiáng)度 。界面無(wú) Y、La 、Ca 的 擴(kuò)散 ,但有玻璃相存在 。N. . Iwamoto 等28用 CaO - SiO2 - TiO2玻璃釬料 ,在 10001600 、0. 51h 、氮?dú)?保護(hù)的條件下封接 Si3 N4 ,可得 250M Pa 的接 頭 。接 合 區(qū) 為 TiN 。隨 后 , 他 們 用 M2O -SiO2 - TiO2 ( M : Na 、K) 、Li2O - SiO2 - Al2O3接頭 強(qiáng) 度 。若 用 La2O3 - Y2O3 - Al2O3 - SiO2 - BeO 系玻璃釬料 ,

27、 在 1400 1500 、 4053M Pa 、氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下封接 Si3 N4 , 可得到無(wú)空洞和無(wú)裂紋的接頭30。釬料中 的 La 、Al 、Y 擴(kuò)散到 Si3 N4 中 ,同時(shí) ,也有少量 的 N 擴(kuò)散到接頭層 。在上述的研究中 ,都存在高溫強(qiáng)度下降 和界面熱裂紋的問(wèn)題 。為了克服玻璃釬料帶 來(lái)的缺點(diǎn) , P. A. Walls 等31用- Sialon - 玻 璃釬料進(jìn)行 Sialon 陶瓷的連接 。在 1600 、 2M Pa 、保 溫 20min 的 條 件 下 , 含 Si3 N4 - Y2O3 - Al2O3 - SiO2 的釬料轉(zhuǎn)變?yōu)楸壤秊?6040vol %的- Sia

28、lon - 玻璃復(fù)合材料接頭 ,- Sialon 的針狀晶粒強(qiáng)化接頭性能 , 可得到 650M Pa 的接頭 ,但強(qiáng)度的波動(dòng)性較大 ,這是 由于界面有空洞32。5 . 結(jié)束語(yǔ)Si3 N4/ Si3 N4 陶瓷連接的研究 ,雖已進(jìn)行 了近十年 ,但與氧化物陶瓷的連接研究相比 , 仍處在基礎(chǔ)研究階段 ,還有許多技術(shù)問(wèn)題需 要解決 ,例如 :對(duì)于 Si3 N4/ Ti 界面結(jié)構(gòu)特性 , 以及界面熱應(yīng)力對(duì)強(qiáng)度的影響 ,還需進(jìn)一步 的研究 。對(duì)于玻璃陶瓷封接 ,其室溫強(qiáng)度雖 高 ,但高溫強(qiáng)度下降和界面空洞以及熱裂紋 也是必須克服的難題 。擴(kuò)散連接可以減少上 述兩種連接方法的缺點(diǎn) ,如減少界面缺陷 ,并

29、適合大尺寸試樣的接合 ,但易造成試樣的變 形和損傷 ?？傊?,隨著高技術(shù)的發(fā)展 ,陶瓷的加工技術(shù)和微波燒結(jié)技術(shù)將應(yīng)用到 Si N /3 4及 SiO2 - MO (M :Ba 、Sr) ,進(jìn)行 Si3 N4 的接合研究29, 結(jié)果表明 : ( 1) 利用 M2O - SiO2 - TiO2 ( M Na 、K) 玻 璃 釬 料 連 接 , 界 面 上 有 TiN ,但接頭強(qiáng)度不高 。此外 ,有 Na 、K 的擴(kuò) 散 ; (2) 用 Li2O - SiO2 - Al2O3 玻璃封接 ,界 面上未發(fā)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物 ,但有燒結(jié)助劑 ( Y、Al)Si3 N4 連接之中 ,使 Si3 N4 陶瓷的連接技術(shù)

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