Прокопенко Олександр Анатолійович. Формування високоміцних паяних з'єднань нітридокремнієвої кераміки адгезійно-активними припоями системи мідь-галій-титан

Краткое описание

Прокопенко Олександр Анатолійович. Формування високоміцних паяних з'єднань нітридокремнієвої кераміки адгезійно-активними припоями системи мідь-галій-титан: Дис... канд. техн. наук: 05.02.01 / НАН України; Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича. - К., 2002. - 185акр. - Бібліогр.: арк. 162-181.

Прокопенко О.А. Формування високоміцних паяних з’єднань нітридо-кремнієвої кераміки адгезійно-активними припоями системи мідь-галій-титан.- Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 - матеріалознавство. - Інститут проблем матеріалознавства НАН України, Київ, 2002.
Досліджено процеси формування та властивості з’єднань нітридокремнієвої кераміки Si3N4/Si3N4, паяних за допомогою Cu-Ga-Ti адгезійно-активного припойного сплаву. Встановлено вплив галію на змочування і формування структури перехідних шарів в системі Si3N4 Cu-Ga-Ti, який полягає у зменшенні інтенсивності руйнування контактуючого шару кераміки. Встановлено ефект впливу товщини припойного шару на його міцність в складі з’єднання, який полягає в зменшенні ефективної довжини нагромадження дислокацій в площині ковзання в пластичному прошарку на основі мідно-галієвої фази за рахунок появи і перекриття в центральній області з’єднання твердих фаз нітридів і силіцидів титану. Запропоновано напрямки зниження залишкових термонапружень в області з’єднання за рахунок зменшення товщини металевого прошарку та (або) внаслідок застосування відпалу. Отримано високоміцні паяні з’єднання Si3N4/Cu-Ga-Ti/Si3N4з середньою міцністю на згин при кімнатних температурах 740 МПа (модуль Вейбула m = 12), що становить 90 % від міцності монолітної кераміки. Високотемпературна міцність з’єднань практично не змінюється до 400 C, а при 600 C і 800 C становить не менше 300 МПа і 100 МПа відповідно. Наведено рекомендації щодо оптимізації технологічного процесу.

1. Отримано високоміцні паяні з’єднання Si3N4/Cu-Ga-Ti/Si3N4. Розроблено та удосконалено методику з’єднання керамічних матеріалів на основі Si3N4адгезійно-активними припоями системи Cu-Ga-Ti, особливість якої полягає у формуванні високоміцної композиційної структури із продуктів взаємодії кераміки з металевим припойним сплавом, що забезпечує високі показники міцності і надійності паяних з’єднань.
2. Проведено комплексні дослідження процесів змочування і контактної взаємодії в системі кераміка Si3N4 Cu-Ga-Ti розплав, на основі яких визначено оптимальні склади припойних сплавів та встановлено ефект впливу галію на формування і структуру перехідних шарів на міжфазній границі, який полягає у зменшенні інтенсивності розчинення нітриду кремнію в припої під впливом вибраного складу розчинника титану.
3. Встановлено ефект впливу товщини припойного шару на його міцність в складі з’єднання, який полягає у зменшенні ефективної довжини нагромадження дислокацій в площині ковзання в пластичному прошарку на основі мідно-галієвої фази за рахунок появи і перекриття в центральній області з’єднання твердих фаз нітридів і силіцидів титану, що утворилися в результаті хімічної взаємодії кераміки Si3N4з Cu-Ga-Ti припойним розплавом.
4. Виявлено вплив відпалу і товщини металевого прошарку на характер руйнування та величину і дисперсію значень міцності паяних з’єднань та запропоновано напрямки підвищення показників міцності з’єднань, які полягають у зменшенні величини внутрішніх залишкових термонапружень в кераміці поблизу області з’єднання за рахунок зменшення товщини металевого прошарку та (або) внаслідок застосування відпалу.
5. Досліджено характеристики міцності паяних з’єднань в широкому інтервалі температур від 20 С до 800 С із застосуванням статистичного аналізу за методикою Вейбула та виявлено і проаналізовано зміни характеру руйнування з’єднань з когезійного по кераміці на когезійний по припойному шару в залежності від співвідношення міцностей кераміки і припойного шару, де міцність припойного шару визначається його товщиною та температурою випробування. Вивчено термомеханічні властивості вихідних припойних сплавів.
6. Наведено практичні рекомендації щодо оптимізації процесу формування паяних з’єднань Si3N4/Cu-Ga-Ti/Si3N4, на основі яких отримано з’єднання з рекордною на сьогодні міцністю з середнім значенням на згин при кімнатних температурах 740 МПа, що становить 90 % від середньої міцності монолітної кераміки, та з дисперсією значень міцності на рівні монолітної кераміки модуль Вейбула m = 12. Високотемпературна міцність паяних з’єднань практично не змінюється до 400 С, а при 600 С і 800 С становить не менше 300 МПа і 100 МПа відповідно, що розширює межі їх практичного застосування на область помірних експлуатаційних температур.