選用Pb80Sn20 釬料，對(duì)體積分?jǐn)?shù)20%的SiCP/A356 復(fù)合材料進(jìn)行真空釬焊，分析了表面鍍鎳和不鍍鎳對(duì)其真空釬焊性的影響，并通過(guò)金相顯微、能譜分析等手段研究了保溫時(shí)間對(duì)其釬焊接頭組織的影響。研究結(jié)果表明：體積分?jǐn)?shù)20%的SiCP/A356 復(fù)合材料表面不鍍鎳進(jìn)行釬焊時(shí)，焊接性很差，鍍鎳后焊接性顯著提高；對(duì)比6、8 和10 min保溫時(shí)間下釬焊接頭硬度，8 min 保溫時(shí)間z*好。
SiCP/Al 復(fù)合材料具有良好的耐磨性、高導(dǎo)熱率、低熱膨脹系數(shù)、高溫性能好等諸多優(yōu)良性能，并且制備簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅速，價(jià)格低廉，逐漸成為當(dāng)代新興材料里面研究的重點(diǎn)。但是由于基體材料與增強(qiáng)相物理化學(xué)性能的巨大差異，焊接性較差成為阻止其進(jìn)一步推廣應(yīng)用的主要因素。電子封裝中對(duì)SiCP/Al 復(fù)合材料進(jìn)行焊接的方法有釬焊、擴(kuò)散焊、電阻焊等，因?yàn)殁F焊可以完成高精度復(fù)雜零件的連接，并且對(duì)被連接母材的熱損傷以及對(duì)焊件尺寸和形狀有較小的影響，使其成為焊接復(fù)合材料z*簡(jiǎn)單和成功的方法。在SiCP/Al 復(fù)合材料表面沉積鎳可以提高其焊接性能。
根據(jù)某產(chǎn)品低溫電子封裝的技術(shù)要求，本文選用Pb80Sn20 釬料，研究了低體積分?jǐn)?shù)SiCP/A356 的真空釬焊工藝：對(duì)表面鍍鎳和不鍍鎳的復(fù)合材料進(jìn)行真空釬焊，焊后通過(guò)對(duì)焊縫微觀顯微組織和成分進(jìn)行分析，對(duì)比表面鍍鎳和未鍍鎳的復(fù)合材料的釬焊性。另外，對(duì)表面鍍鎳的復(fù)合材料，還采用不同保溫時(shí)間作對(duì)比試驗(yàn)，比較保溫時(shí)間對(duì)焊接接頭硬度的影響。
1、試驗(yàn)材料與方法
母材為采用無(wú)壓浸滲法制備的體積分?jǐn)?shù)為20%碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料SiCP/A356，試件尺寸為10mm×20mm×2mm。所用的Pb80Sn20 低溫釬料為實(shí)驗(yàn)室自行冶煉制備。釬料冶煉采用SG2-5-10 型號(hào)坩堝電阻爐，冶煉后采用WK-2 型真空甩帶機(jī)制成10mm×20mm×25μm 的釬料箔片。釬焊前，將鋁基復(fù)合材料的連接部位用金相砂紙打磨，以去除表面氧化膜，然后放在丙酮酒精溶液中進(jìn)行超聲波清洗。釬焊采用搭接接頭，接頭長(zhǎng)度為20mm，接頭間隙20μm，接頭寬度10mm。釬焊在ZHS-60 真空釬焊爐中進(jìn)行，真空度為10～1Pa，升溫速率20℃/min，為進(jìn)一步改善釬料對(duì)母材的潤(rùn)濕性，釬焊時(shí)對(duì)接頭施加2 kPa 的恒定壓力。釬焊試驗(yàn)分兩組：一組用Pb80Sn20 釬料分別焊表面鍍鎳和不鍍鎳的母材，研究金屬化對(duì)釬焊工藝的影響；第二組研究用Pb80Sn20 釬料進(jìn)行真空釬焊時(shí)，對(duì)比6、8 和10min 保溫時(shí)間對(duì)表面鍍鎳母材釬焊性和焊接接頭性能的影響。
采用shympusck40-M-F200 型金相顯微鏡觀察焊縫區(qū)的金相組織；用JSM-6390LV 型掃描電鏡觀察不同保溫時(shí)間下釬焊接頭焊縫區(qū)；在401MVD 型維氏顯微硬度計(jì)上測(cè)定釬焊接頭的顯微硬度。
2、試驗(yàn)結(jié)果及討論
2.1、復(fù)合材料表面鍍鎳對(duì)釬焊性能的影響
第一組試驗(yàn)是在釬焊溫度為350℃、保溫時(shí)間為6min的條件下，對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行真空釬焊。結(jié)果表明：表面鍍鎳的復(fù)合材料試樣釬焊時(shí)可以焊上，表面不鍍鎳的復(fù)合材料試樣均未焊上。圖1 為鍍鎳后復(fù)合材料釬焊接頭的顯微組織?？梢?jiàn)，接頭成形良好，焊縫致密、無(wú)氣孔、無(wú)夾雜、無(wú)裂紋，焊接效果較好。
2.2、保溫時(shí)間對(duì)釬焊接頭組織的影響
圖2 是在350℃釬焊溫度下，分別用6、8、10min 保溫時(shí)間，對(duì)表面鍍鎳試樣進(jìn)行真空釬焊所得焊接接頭的微觀組織形貌。表1 是根據(jù)圖2 所示焊縫區(qū)各元素能譜曲線得到的主要化學(xué)成分。通過(guò)分析表1 中焊縫區(qū)元素的成分與含量，可以看出，6、8和10min 保溫時(shí)間下的釬縫區(qū)均含有C、Al、Si。而釬料本身不含有C、Al、Si，所以說(shuō)明復(fù)合材料中的Al 和SiC 在真空釬焊過(guò)程中向焊縫擴(kuò)散。隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，在焊縫區(qū)C、Al、Si 的含量逐漸增多，說(shuō)明保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，有助于復(fù)合材料中的C、Al、Si向焊縫中擴(kuò)散；而同時(shí)焊縫中Sn、Pb 含量逐漸減少，這個(gè)現(xiàn)象也說(shuō)明保溫時(shí)間延長(zhǎng)有助于釬料向復(fù)合材料中擴(kuò)散?？傊?，保溫時(shí)間的延長(zhǎng)有助于釬料和復(fù)合材料之間的相互擴(kuò)散。
2.3、焊縫及焊縫兩側(cè)硬度測(cè)試
用401MVD 型維氏顯微硬度計(jì)對(duì)釬焊接頭部位硬度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2?？芍?，接頭部位的顯微硬度值從“焊縫金屬-近縫區(qū)”總體變化趨勢(shì)為逐漸變大；不同保溫時(shí)間下，接頭部位的顯微硬度值均呈現(xiàn)出“兩邊高、中間低”的趨勢(shì)，未出現(xiàn)異常情況。而近縫區(qū)硬度隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)硬度逐漸降低，原因可能是由于Pb80Sn20 釬料本身硬度較低，釬焊過(guò)程中，保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，促進(jìn)復(fù)合材料和焊縫發(fā)生了互擴(kuò)散，相互擴(kuò)散的元素含量影響了整體的硬度，導(dǎo)致近縫區(qū)硬度隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)硬度逐漸降低。對(duì)比6、8 和10 min 不同保溫時(shí)間焊縫區(qū)的顯微硬度，8min 保溫時(shí)間焊接接頭硬度較好。
3、結(jié)論
(1) 表面鍍鎳對(duì)低體積分?jǐn)?shù)SiCP/A356 復(fù)合材料的真空釬焊性有顯著影響，在表面鍍鎳后焊接性明顯改善，不鍍鎳的復(fù)合材料焊接性很差，無(wú)法焊接在一起。
(2) 保溫時(shí)間對(duì)鍍鎳后復(fù)合材料的焊接接頭的硬度有影響，延長(zhǎng)保溫時(shí)間有助于熔化釬料與母材的相互擴(kuò)散。但是釬料本身硬度較低，過(guò)長(zhǎng)保溫時(shí)間會(huì)因釬料擴(kuò)散較充分而導(dǎo)致焊接接頭的硬度有所下降。
