扩散联接蓝宝石的组织与性能研究

论文摘要

蓝宝石晶体是一种优异的光学窗口候选材料,目前被广泛应用于航空航天和军事领域。由于现有的蓝宝石生长技术无法适应特种尺寸的蓝宝石窗口的需要,根据国外现有研究成果显示,使用扩散联接的方式可以有效的改善目前蓝宝石尺寸不足的问题,本文使用热压烧结的方式对蓝宝石进行扩散联接,并对其力学性能和显微结构做出表征。本文使用一定配比的Al2O3、SiO2、MgO粉末作为焊料材料,由室温以20℃/min的升温速率升温至1400℃后保温10min,再以10℃/min的升温速率升至1700℃,并施加1MPa压力,保温1小时后卸载压力并随炉冷却至室温（以下称高温低压联接）。又使用一定配比的Al2O3、SiO2、MgO粉末作为焊料材料,由室温以20℃/min的升温速率升温至1400℃后保温10min,再以10℃/min的升温速率升至1700℃,并施加40MPa压力,保温1小时后随炉卸载压力并冷却至室温（以下称高温高压联接）。实验结果表明:通过高温高压联接工艺所得的联接蓝宝石抗弯强度明显高于通过高温低压联接工艺所得的联接蓝宝石。其中以97%（wt）Al2O3+ 2.5%（wt）SiO2+ 0.5%（wt）MgO配比的粉末作为焊料,采用高温高压联接工艺时抗弯强度最高,为148.751MPa。SiO2%（wt）超过20%（wt）时联接不成功。纯Al2O3作为焊料有可能出现抗弯强度极高的情况。扫描电镜结果显示:高温低压联接工艺所得的焊料层均未能获得良好的晶体,与两侧蓝宝石基体也较高温高压联接工艺差。其中抗弯强度最高的以97%（wt）Al2O3+2.5%（wt）SiO2+0.5%（wt）MgO配比粉末作为焊料经过高温高压联接工艺加工后,焊料经历液态过程形成晶体,与两侧蓝宝石基体产生一定的扩散。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 蓝宝石的晶体结构
• 1.3 大尺寸蓝宝石生长工艺的研究现状
• 1.4 蓝宝石联接技术
• 1.5 本文研究内容
• 第2章 材料与试验方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验设备
• 2.1.2 实验工艺
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 试样表面清理
• 2.2.2 焊料粉末制备
• 2.2.3 试样组装
• 2.3 测试实验
• 2.3.1 力学性能测试
• 2.3.2 扫描电子显微镜测试
• 2.4 本章小结
• 第3章 蓝宝石的高温低压联接
• 3.1 引言
• 3.2 力学性能分析
• 3.3 显微结构分析
• 2O₃+2.5%（wt）SiO₂+0.5%（wt）MgO粉末为焊料的联接'>3.3.1 97%（wt）Al₂O₃+2.5%（wt）SiO₂+0.5%（wt）MgO粉末为焊料的联接
• 2O₃+5%（wt）SiO₂粉末为焊料的联接'>3.3.2 95%（wt）Al₂O₃+5%（wt）SiO₂粉末为焊料的联接
• 2O₃+3%（wt）SiO₂粉末为焊料的联接'>3.3.3 97%（wt）Al₂O₃+3%（wt）SiO₂粉末为焊料的联接
• 3.4 本章小结
• 第4章 蓝宝石的高温高压联接
• 4.1 引言
• 4.2 力学性能分析
• 4.3 显微结构分析
• 2O₃焊料的特殊试样'>4.3.1 纯Al₂O₃焊料的特殊试样
• 2O₃作为焊料的联接'>4.3.2 纯Al₂O₃作为焊料的联接
• 2O₃+3%（wt）SiO₂粉末为焊料的联接'>4.3.3 97%（wt）Al₂O₃+3%（wt）SiO₂粉末为焊料的联接
• 2O₃+5%（wt）SiO₂粉末为焊料的联接'>4.3.4 95%（wt）Al₂O₃+5%（wt）SiO₂粉末为焊料的联接
• 2O₃+10%（wt）SiO₂粉末为焊料的联接'>4.3.5 90%（wt）Al₂O₃+10%（wt）SiO₂粉末为焊料的联接
• 2O₃+2.5%（wt）SiO₂+0.5%（wt）MgO粉末为焊料的联接'>4.3.6 97%（wt）Al₂O₃+2.5%（wt）SiO₂+0.5%（wt）MgO粉末为焊料的联接
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢