Al2O3陶瓷基片制备及蓝宝石扩散连接工艺研究

论文摘要

蓝宝石是一种极为理想的多光谱宽波段窗口材料。与普通的宽波段窗口材料相比,它具有许多优异的光学性能、机械性能和化学稳定性,强度高、硬度大、耐冲刷,有耐磨和抗风蚀的特点,而且还具有良好的电气绝缘性和热传导性,可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作。许多现代光学系统的孔径远远超过了现有技术生产的最大蓝宝石窗口尺寸。获得大尺寸蓝宝石窗口的另一种方法就是,连接两个或两个以上的蓝宝石来实现所需的窗口大小。本文采用扩散连接工艺进行蓝宝石连接,中间层采用流延法制备的氧化铝陶瓷基片。研究了流延浆料制备工艺参数对浆料性能的影响,确定了流延浆料最佳制备工艺参数:一次球磨时间为12h,二次球磨时间为24h。研究了pH值和添加剂用量对氧化铝浆料粘度的影响,实验结果表明:在pH值为9和分散剂PAA(聚丙烯酸)用量为0.5wt%的条件下,当粘结剂PVA(聚乙烯醇)用量为4.5wt%、粘结剂和增塑剂PEG(聚乙二醇)的用量比为1:0.7时,可获得表面光滑、组织均匀、强度高、柔韧性好的氧化铝陶瓷基片。采用流延法制备的氧化铝陶瓷基片为中间层进行蓝宝石扩散连接实验,研究了扩散连接工艺参数对接头微观组织和力学性能的影响规律,利用SEM、EDS等分析测试方法对接头的断裂行为进行分析,最终确定了扩散连接蓝宝石的最佳工艺参数:连接温度T=1650℃,连接压力P=30MPa,保温时间t=180min,中间层的最佳厚度为0.2mm。在此工艺参数下,可获得很好的扩散连接效果,连接的最高强度可达266MPa。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 蓝宝石的结构、性能及其应用
• 1.2.1 蓝宝石的结构
• 1.2.2 蓝宝石的性能
• 1.2.3 蓝宝石的应用
• 1.3 蓝宝石的生长方法现状
• 1.4 陶瓷的连接技术概况
• 1.4.1 陶瓷连接技术
• 1.4.2 蓝宝石连接技术
• 1.5 本文的研究内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 试样的制备
• 2.3 实验设备
• 2.4 实验过程
• 2.4.1 试样表面清理
• 2.4.2 中间层的制备
• 2.4.3 连接工艺的确定
• 2.5 焊接接头四点弯曲强度的测试
• 2.6 焊接接头断口及表面形貌分析
• 2.6.1 用扫描电镜（SEM）观察接头形貌
• 2.6.2 能谱显微（EDS）分析
• 20₃陶瓷基片'>第3章 流延法制备A1₂0₃陶瓷基片
• 3.1 流延成型工艺简介
• 3.1.1 流延设备
• 3.1.2 流延成型工艺过程
• 3.2 流延成型原料及添加剂
• 3.2.1 流延用陶瓷原料
• 3.2.2 流延用溶剂
• 3.2.3 流延用分散剂
• 3.2.4 流延用粘结剂
• 3.2.5 流延用增塑剂
• 3.2.6 流延用其它添加剂
• 20₃陶瓷基片'>3.3 水基流延制备A1₂0₃陶瓷基片
• 3.3.1 流延浆料的制备
• 3.3.2 分散剂PAA 用量对分散的影响
• 3.3.3 粘结剂与塑化剂用量和比例的确定
• 20₃浆料粘度的影响'>3.3.4 pH 值对A1₂0₃浆料粘度的影响
• 3.3.5 流延坯片的干燥
• 3.3.6 流延坯片的排胶和预烧结
• 3.4 本章小结
• 第4章 蓝宝石扩散连接工艺及性能影响规律
• 4.1 引言
• 4.2 扩散连接原理
• 4.3 扩散连接工艺参数对接头的影响
• 4.3.1 连接温度对接头组织及性能的影响
• 4.3.2 连接压力对接头组织及性能的影响
• 4.3.3 保温时间对接头组织和性能的影响
• 4.3.4 中间层厚度对接头力学性能的影响
• 4.4 接头断裂行为分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢