超聲輔助藍(lán)寶石反應(yīng)外延生長機(jī)制及Al-Al2O3復(fù)合焊縫工藝研究.pdf

1、藍(lán)寶石即為α-Al2O3單晶，是一種具有高強(qiáng)度，高熔點(diǎn)，高耐蝕性的光學(xué)材料，在民事和軍事領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。目前針對藍(lán)寶石的焊接主要有大尺寸光學(xué)窗口和復(fù)雜結(jié)構(gòu)件等多方面的需求，但藍(lán)寶石化學(xué)穩(wěn)定性高，難以與其他金屬實(shí)現(xiàn)結(jié)合，并且由于藍(lán)寶石熱膨脹系數(shù)小，焊后冷卻過程易產(chǎn)生殘余應(yīng)力，因此難以通過常規(guī)方法焊接。本文研究了超聲作用下藍(lán)寶石在純鋁釬料中的反應(yīng)外延生長機(jī)制，并對純鋁釬料超聲釬焊藍(lán)寶石的工藝進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上，嘗試了借助純鋁直接氧化

2、法改善焊縫結(jié)構(gòu)的工藝探究。
　　在超聲作用下，浸在液態(tài)純Al中的藍(lán)寶石表面生成Al2O3反應(yīng)層。實(shí)驗(yàn)證明，反應(yīng)中氧的來源為空氣中的O2通過空氣/藍(lán)寶石/液態(tài)釬料三相線進(jìn)入?？栈荼罎⒌乃查g產(chǎn)生高溫高壓，促進(jìn)固液界面處的O2向Al中大量溶解，溶解的O與液態(tài)Al發(fā)生反應(yīng)生成Al2O3反應(yīng)層。TEM分析表明，藍(lán)寶石表面的Al2O3外延層是以臺階狀的方式生長，臺階的晶體取向與藍(lán)寶石基體基本一致。外延層與藍(lán)寶石基體之間通常存在一些層錯。隨著

3、超聲時間的延長，臺階之間相互合并成為多孔片層，并且Al2O3反應(yīng)外延層的厚度隨超聲時間延長逐漸增加。
　　采用超聲釬焊的方法，用純鋁釬料焊接藍(lán)寶石，當(dāng)超聲熱浸時長在50s-1000s之間時，接頭斷裂在釬料金屬內(nèi)部，剪切強(qiáng)度最高可達(dá)56MPa，但超聲作用較短時間（5s）時，藍(lán)寶石表面的反應(yīng)外延層與釬料金屬的結(jié)合成為了接頭的薄弱環(huán)節(jié)，接頭最高強(qiáng)度降低到了43MPa。
　　以MgO粉末為引發(fā)劑的純鋁的直接氧化試驗(yàn)中，MgO粉末的量

4、為15mg/cm2時，可以引發(fā)直接氧化，生成的Al/Al2O3相平均厚度隨保溫時長的增加呈直線上升趨勢，利用這一方法進(jìn)行超聲熱浸-直接氧化-超聲釬焊的試驗(yàn)，獲得了摻有Al/Al2O3復(fù)合相的純鋁釬料焊接接頭，盡管焊縫的熱脹系數(shù)可能得到改善，但由于純鋁相的必然存在導(dǎo)致接頭強(qiáng)度沒有得到明顯提升，最高53MPa。
　　同樣借助直接氧化法，采用超聲熱浸-超聲釬焊-直接氧化的方法獲得了含有Al/Al2O3復(fù)合相的2024釬料焊接接頭，接頭中