金属与硼硅玻璃场致扩散连接形成机理

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1、金属与硼硅玻璃场致扩散连接形成机理孟庆森!， “， 俞萍!， 张丽娜!， 薛锦!（!#西安交通大学 焊接研究所，西安$!% (?A5BB=BC *=DDEB=FG +FG=GH，简称 )*+） 作为金属陶瓷在静电场中固相热扩散连接的一种特殊方法， 具有温度低、 压力低、 快速和简便等工艺特点。适用于 ,IJ 系统集成 .I, 器件、微型仪表、 微传感器、 燃料电池等微电子产品的组装和连接， 近年来受到有关学者的广泛关注， 有许多关于连接过程物理特征的研究报道! % !1基金项目： 西安交通大学国家重点学科建设基金资助项目。感器件。主要化学成分 （质量分数， O） ： ,=I“ ? ABAACA

2、A#ADAA#DEBBCA 5% ? BBFAFFAA#DDA#DGGD 5% ? HBBAFFAA#DDA#FDAAGA 5% ? CHAAFCAA#FAAA#HDHGC图 “离子极化与扩散模型5/.6“7+4%$ +( 0+$“1 “*,/+ “4 /+3 4/()3/+或其它金属连接界面的扩散和接合过程的原理相似， 按照 I)(5)1 的固态扩散接合原理F， 连接界面两侧应有等量的 4、 6% 等元素是合理的。试验表明， 焊接时间 （外电场作用时间） 越长， 沉积时间越长， 过渡区越宽。#温度和压力的影响 根据物理化学 611:)54K2 规律， 固体电解质的电导率D， B!L!A)M.

3、“，（F）式中：!A 常温电导率； “ 温度；“ 离子激 活能； 波尔兹曼常数。电导率!受 “ 影响较大， 温度升高时离子热运动能量增加， 定向扩散密度增大， 即电导率增大。试验表明， 电压一定时， 温度升高， 浪涌峰值电流 %0增大， 接合率一般较高。电压和温度一定的条件下， 外加压力成为控制接合率的主要因素。试验结果表明， 外加压力小于 A# AD!30 或试件表面粗糙度较低时， 连接界面易产生孔 洞串或虚焊点， 使连接强度显著下降H。一定的外压力使被焊材料表面产生弹性变形并紧密接触， 界面电阻保持较小， 使静电引力达到较大值， 有利于极化电流的快速升高和离子的扩散。反之， 压力不足或界面

4、导电性不良时 （粗糙度大或不清洁） 易造成虚焊点而导致焊合不良和连接强度降低。F结论（） NE玻璃与金属 OP） 电场作用下的离子导电及扩散是产生过渡层的基本条件。电压、 温度、 压力及试件表面状态都是影响连接过程离子迁移及接合的主要工艺因素。有关连接区的微观结构及过渡区组织晶化的热力学条件尚需深入研究。参考文献： I%42 Q， 0“-)15# 0)52)1 59 6T:5(W4# :45# AAA# 作者简介：孟庆森， 男， GDF 年 F 月出生。太原理工大学材料科学与工程学院， 教授。现为西安交通大学焊接研究所在职博士， 山西省焊接学会副理事长。研究方向为焊接材料， 异种材料连接及界面

5、物理。获国家科技进步二等奖 项； 省级科技进步二等奖 F 项； 获国家发明专利 E 项。GGA 年以来在国内外发表学术论文 FA 余篇。（编辑： 王亚）第 E 期孟庆森， 等： 金属与硼硅玻璃场致扩散连接形成机理BD金属与硼硅玻璃场致扩散连接形成机理金属与硼硅玻璃场致扩散连接形成机理作者：孟庆森， 薛锦， 俞萍， 张丽娜 作者单位：孟庆森(西安交通大学焊接研究所,太原理工大学材料学院,)， 薛锦,俞萍,张丽娜(西安交通 大学焊接研究所,) 刊名：焊接学报 英文刊名：TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION 年，卷(期)：2001，22(4) 被

6、引用次数：3次参考文献(7条)参考文献(7条)1.Wallis G.Pomerantz D I Anodic bonding 19682.Wang H Y Low temperature bonding for microfabrication of chemical analysis devices 19973.Anthony.West R.苏勉曾 固体化学及其应用 19894.任家烈 先进材料的连接 20005.王常珍 固体电解质和化学传感器 20006.哈根穆勒.陈立泉 固体电解质-一般原理 特征 材料和应用 19847.孟庆森.薛锦 Proceedings of the First I

7、nternational Conference on Mechanical Engineering:110306 2000相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 张勤远.胡丽丽.姜中宏.Zhang Qinyuan.Hu Lili.Jiang Zhonghong 钕磷酸盐激光玻璃中金属铂颗粒的产生与迁移 -中国激光2000,27(11)给出了钕磷酸盐激光玻璃中可能存在的铂磷酸盐、偏磷酸盐化合物的热力学参数.利用这些参数,研究了激光玻璃熔制过程中可能发生的液-固、气-固 、气-液等化学反应的方向和限度,分析了玻璃中金属铂颗粒的可能来源、存在方式及迁移过程.结合实验讨论了铂的产生及迁移、最

8、佳除铂工艺途径和钕磷 酸盐激光玻璃的除铂机理.2.会议论文 邹宇.石永久.王元清.李少甫 北京植物园玻璃温室典型固接金属紧固件的承载性能研究 2000本文研究了北京植物园玻璃温室中两种典型固接金属紧固件在承受不同荷载作用下的受力状态和承载性能,建议了典型固接金属紧固件的承载力计算公 式.3.学位论文 雷东强 高温太阳能真空集热管的玻璃与金属封接研究及样管研制 2009高温真空集热管是槽式太阳能热发电站中的核心部件，玻璃与金属封接失效一直是高温真空集热管中出现的最主要问题，如何获得耐高温、高气密性 和高可靠性的玻璃与金属封接是集热管制作中的技术难点。本文以集热管的结构设计和制作为研究内容，针对集

9、热管制作中最为关键的玻璃与金属封接工 艺、封接结构设计和封接残余应力形成机理及集热管性能等方面展开了理论与实验研究，成功研制出了实验室级高温真空集热管，并通过了相关质量测试 ，为集热管的产品化提供了理论分析和技术指导。 根据集热管中玻璃与金属的封接要求，本文提出采用高频电磁感应加热进行集热管中玻璃与金属封接的方案和工艺方法。自行设计和搭建了玻璃与金属封 接实验台，通过精确控制玻璃与金属封接的工艺参数，实现了集热管中玻璃与金属管式双面封接，克服了手工封接和车床操作需要依靠经验来控制封接质 量的不足，为今后实现自动化大规模生产打下基础。 在对封接界面的微观结构、封接强度、气密性及耐高温真空排气性能

10、等进行相关质量测试的基础上，优化了金属预氧化和封接工艺，并成功研制出了集热 管样管。真空测量和热冲击实验结果表明该样管气密性良好，热稳定性高，能够经受高温真空排气考验，该玻璃与金属封接技术能够满足高温真空集热管 的制作工艺和使用要求。 分别采用薄壳理论和ANSYS有限元软件进行了玻璃与金属封接应力的分析和模拟，并通过偏振光方法测量了封接残余应力，测量结果与理论分析结果一致 ，结果表明危险的轴向拉应力发生在封接界面和封接处附近的玻璃管外壁面上，而较大的周向应力仅发生在玻璃与金属封接界面处，验证了理论分析进行 封接结构设计和优化的可行性。通过有限元分析，获得了封接材料物性、结构参数及瞬态温度变化对

11、封接应力的影响规律，对集热管中玻璃与金属封接结 构进行了优化。 为了消除或减少玻璃与金属封接件中的残存应力，提高集热管的封接强度，基于玻璃应力松弛和结构松弛的退火理论，分析和揭示了玻璃与金属封接残余 应力形成机理。研究表明，玻璃与金属在转变温度范围的膨胀曲线是指导和优化退火工艺的重要依据。针对实验中的硼硅玻璃和可伐合金封接，结合退火 机理、瞬态数值模拟和退火实验，提出采用玻璃转变温度作为退火工艺的控制参数，优化了降温工艺过程，大幅提高了生产效率。4.会议论文 马英仁 玻璃与金属封接的应力 19965.期刊论文 胡忠武.王警卫.杨清海.HU Zhong-wu.WANG Jing-wei.YANG

12、 Qing-hai 玻璃-金属封接技术 -电源技术2000,24(4)玻璃-金属封接按玻璃与金属两者间的膨胀系数差异(即)分为匹配封接和压力封接,它广泛应用于电池、电子、汽车、医疗、照明等行业.不同类型 的玻璃-金属封接对金属材料及玻璃的要求将被讨论.对匹配封接,两者间的膨胀系数之差应小于10%,而压力封接则要求细而薄的弹性金属.封接材料的选择 及相应工艺参数的匹配对玻璃-金属封接件的质量好坏起着很重要的作用.封接工艺包括对温度、封接时间、氧化膜的厚度、保护气氛等的控制.6.学位论文 曾惠丹 飞秒激光空间选择性调控玻璃中金属纳米粒子形成的研究 2004金属(Au,Ag等)纳米粒子掺杂的玻璃具有

13、高的三阶光学非线性系数、超快非线性光响应等特点,是近年光学功能材料研究的热点.此类玻璃有望用作兆兆 赫(THZ)量级的超快全光开关.已有大量的研究有关纳米粒子掺杂玻璃的制备方法和特性,但传统的熔融法、溶胶-凝胶、离子交换和离子注入等方法不能很 好地控制材料内部纳米粒子的空间和尺寸分布.而材料内部纳米粒子的可控排列和尺寸分布对实现光电集成器件至关重要.另一方面超快超强的飞秒激光在 材料三维微结构的制备和材料显微改性方面显示了独特优势,并已被用来制备光波导、光存储、光栅、光耦合器和光子晶体等三维光功能微结构和器件.本 研究利用飞秒激光与玻璃的相互作用,成功实现了金属纳米粒子在玻璃内部空间选择性析出

14、.论文分以下三个部分:一是使用飞秒激光辐照和热处理相结合 ,在掺杂金属离子的硅酸盐玻璃内部,诱导金属(Au,Ag)纳米粒子的空间选择性析出;二是研究不同辐照源、热处理温度、辐照条件、二次飞秒激光辐照和玻 璃外加剂对金属纳米粒子析出(尺寸和分布)的影响.分析和讨论金属纳米粒子的析出机理;三是研究飞秒激光直接扫描和干涉法制各金属纳米粒子析出调制 的相位光栅,根据衍射效率计算折射率变化,讨论分析折射率改变的原因,并通过Z-scan测试和光限幅实验,研究金属纳米粒子掺杂玻璃的光学非线性特性.7.期刊论文 俞军.盛嘉伟.YU Jun.SHENG Jia-wei 玻璃中金属纳米颗粒的制备方法及研究进展 -

15、玻璃与搪瓷2007,35(1)含金属纳米颗粒的玻璃材料具有优越的非线性光学特性,在开发具有特定光功能的光学元器件领域有广泛的应用前景.在玻璃材料中制备金属纳米颗粒 、研究金属纳米颗粒的形成机制与行为,是目前光学与材料学领域的一大研究前沿.本文较为详尽地介绍了目前在玻璃中制备金属纳米颗粒的方法及研究进 展,包括热处理法、离子注入法、光热诱导法等,对光热诱导法巨大的研究价值和应用前景作了较为详细的阐述.8.期刊论文 王德宪.Wang Dexian 含有金属或半导体微粒子玻璃的非线性光学性质 -玻璃2001,28(1)叙述了掺有金属或半导体微粒子玻璃的制备方法,讨论了玻璃产生非线性光学现象的原因,介

16、绍了三阶非线性极化率(3)的测试方法,说明了这种玻璃 在光学信号处理中的用途.9.学位论文 顾永涛 玻璃金属建筑在城市空间环境中的应用 2003该文从城市设计的角度论述了玻璃金属建筑在现代城市中的应用.该文分四章.第一章从玻璃金属建筑的相关概念入手,简要介绍了它的产生、发展和现 状,并回顾了中国这类建筑的发展;第二章对不同城市空间环境中的玻璃金属建筑实例进行分析,认识到它们具有灵活的适应性;第三章在实例分析的基础上 ,提出玻璃金属建筑在城市空间环境中应用的意义;第四章建构一些原则和方法,用以指导城市空间环境中玻璃金属建筑的应用,并结合具体的城市设计实践 加以阐述.10.期刊论文 胡水.冯生.杨文波.赵宏刚.任越峰.HU Shui.FENG Sheng.YANG Wen-bo.ZHAO Hong-gang.REN Yue-feng锂电池钼极柱的金属-玻璃封接工艺研究 -电池工业2007,1