鋁和鋁合金釬焊藍(lán)寶石接頭的殘余熱應(yīng)力有限元分析①

崔煒，李書齊，包曄峰

（1.河海大學(xué)，江蘇 常州 213022；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱，150001）

0 前言

與金屬材料相比，陶瓷材料往往具有高硬度、高脆性、高彈性模量、低熱膨脹系數(shù)的特點(diǎn)。對(duì)于使用金屬作為填充材料焊接的陶瓷接而言，接頭從焊接溫度冷卻到室溫的過(guò)程中，由于金屬與陶瓷母材的收縮量差異很大，造成接頭內(nèi)形成較大的殘余熱應(yīng)力。國(guó)內(nèi)外學(xué)者[1-2]當(dāng)前都將陶瓷焊接接頭的熱應(yīng)力作為一個(gè)重要的問題加以考慮。人工制造的無(wú)色塊狀單晶α-Al2O3通常被習(xí)慣性地稱為藍(lán)寶石。作為一種光學(xué)材料，藍(lán)寶石具有良好的光學(xué)和力學(xué)性能，同時(shí)具有很高的熔點(diǎn)、極高的硬度、極強(qiáng)的耐腐蝕性和較好的導(dǎo)熱性，因此藍(lán)寶石在很多民用高技術(shù)領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用，例如醫(yī)療器械、激光設(shè)備和高真空設(shè)備等[3-6]，同時(shí)它也是高速飛行器常用的光學(xué)窗口材料。在制造含藍(lán)寶石的器件過(guò)程中往往需要焊接技術(shù)。目前焊接藍(lán)寶石的方法已經(jīng)有很多，但是對(duì)于藍(lán)寶石焊接接頭中的熱應(yīng)力的研究還很不充分。這是由于目前對(duì)陶瓷接頭殘余應(yīng)力的直接測(cè)量方法還幾乎沒有，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對(duì)陶瓷接頭的殘余應(yīng)力認(rèn)識(shí)仍然十分有限。文中針對(duì)這一問題使用有限元方法，討論了在600～700℃下使用純鋁和2024高強(qiáng)鋁合金作為焊縫填充材料，釬焊藍(lán)寶石的接頭殘余熱應(yīng)力分布。

1 材料、方法和模型

所參照的藍(lán)寶石接頭模型，是先在2塊藍(lán)寶石的表面分別涂覆填充金屬，再將涂覆好的2塊藍(lán)寶石相對(duì)放置，然后釬焊在一起。……