Zn挥发增强钎料在TiC金属陶瓷表面润湿性的机理研究

论文摘要

利用自蔓延高温合成的TiC金属陶瓷因其高硬度、良好的抗蠕变性能及高温性能,成为一种重要的结构材料。常规钎料在TiC金属陶瓷表面润湿性很差,而当采用含有真空挥发元素Zn的AgCuZn钎料润湿TiC金属陶瓷时,钎料在TiC金属陶瓷表面的润湿性明显提高。因此,本文采用试验结果和理论分析相结合的方法,对Zn挥发促进AgCuZn钎料在TiC金属陶瓷表面润湿的机理进行了研究。通过对不同真空度下钎料对TiC金属陶瓷的润湿试验和同一真空度下不同Zn质量百分含量的AgCuZn钎料对TiC金属陶瓷的润湿试验确定了Zn在真空中的挥发对钎料在TiC金属陶瓷表面润湿性和界面结构具有重要影响。当采用Zn含量为25wt.%的AgCuZn钎料在真空中润湿TiC金属陶瓷时,其表面润湿性最好。采用AgCu钎料润湿TiC金属陶瓷后,从近AgCu钎料外表面到TiC金属陶瓷侧,组织依次表示为Ag（s.s）+Cu（s.s）/（Cu,Ni）+Ag（s.s）/TiC金属陶瓷+Ag（s.s）+Cu（s.s）/TiC金属陶瓷;而采用AgCuZn钎料润湿TiC金属陶瓷后,从近AgCuZn钎料外表面到TiC金属陶瓷侧,组织依次表示为Ag（s.s）+Cu（s.s）+（Cu,Ni）/Ag（s.s）+Cu（s.s）/（Cu,Ni）/TiC金属陶瓷+Ag（s.s）+ Cu（s.s）/TiC金属陶瓷。此外,由界面组织观察可以发现不同Zn含量的AgCuZn钎料/TiC金属陶瓷界面的（Cu,Ni）的分布形态和含量不同,由TiC金属陶瓷基体中漂移出来的TiC颗粒的数量及其扩散距离也是不同的。本文通过研究钎料/TiC金属陶瓷界面（Cu,Ni）的面积百分含量和（Cu,Ni）中Ni的质量百分含量对钎料和金属陶瓷界面张力的影响,对经典杨氏方程进行扩展,并利用试验测得的实际润湿角对扩展后的杨氏方程中得到的理论润湿角进行验证,结果符合良好。此外,本文从动力学角度探讨了AgCuZn钎料中Zn挥发对钎料在TiC金属陶瓷表面润湿过程的影响。并基于兰格缪尔吸附动力学,通过吸附量和润湿性之间的对应关系,建立了钎料在TiC金属陶瓷表面润湿的动力学方程,并对其进行了修正。为了从量子力学角度解释Zn真空挥发提高钎料在TiC金属陶瓷表面润湿性的机理,本文建立了三种不同的原子簇模型,通过计算三种原子簇模型的态密度、分波态密度、键的集居数和键长,从而从第一性原理的角度确定了当Zn挥发时,Ni-Cu之间相互作用增强,钎料在TiC金属陶瓷表面更易润湿。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 钎料在陶瓷表面润湿的研究现状及分析
• 1.2.1 热力学法
• 1.2.2 动力学方法
• 1.2.3 杨氏方程的修正
• 1.2.4 量子化学方法
• 1.3 研究主要内容
• 第2章 试验材料和方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设备和工艺
• 2.2.1 试验设备
• 2.2.2 润湿过程
• 2.2.3 微观分析
• 2.2.4 理论分析软件
• 第3章 钎料在TiC 金属陶瓷表面润湿性的机理研究
• 3.1 引言
• 3.2 Zn 的挥发特性分析
• 3.3 AgCuZn 钎料/TiC 金属陶瓷界面的微观结构
• 3.4 Zn 添加量对钎料在TiC 金属陶瓷表面润湿性及界面结构的影响
• 3.5 Zn 挥发增强钎料在TiC 金属陶瓷表面润湿性的机理
• 3.5.1 Zn 挥发对润湿角的影响
• 3.5.2 Zn 挥发引起空洞促进元素扩散的机理
• 3.5.3 Zn 挥发引起流体湍动促进传质的机理
• 3.6 本章小结
• 第4章 经典杨氏方程的扩展和润湿铺展动力学分析
• 4.1 引言
• 4.2 经典杨氏方程的扩展及验证
• 4.2.1 经典杨氏方程的扩展
• 4.2.2 扩展后的杨氏方程的验证
• 4.3 润湿动力学分析
• 4.3.1 润湿驱动力分析
• 4.3.2 动态润湿过程的观察与分析
• 4.3.3 润湿动力学方程的建立
• 4.4 本章小结
• 第5章 AgCuZn 钎料润湿TiC 金属陶瓷的量子学研究
• 5.1 引言
• 5.2 原子簇模型的建立
• 5.3 计算结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢