Ta涂层对CVD单晶金刚石焊接强度的影响

作     者：毛雅梅 黑鸿君 高洁 张孟 王垚 郑可 于盛旺 MAO Ya-mei;HEI Hong-jun;GAO Jie;ZHANG Meng;WANG Yao;ZHENG Ke;YU Sheng-wang

作者机构：太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 电子科学技术大学真空电子科学技术国家重点实验室成都610054 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2022年第51卷第11期

页      面：445-451页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金(51901154) 山西省自然科学基金(201901D211092) 山西省科技重大专项(20181102013) “1331项目”山西省工程研究中心资助项目(PT201801)。 

主　　题：CVD单晶金刚石 双辉等离子体表面合金化 Ta涂层 Ag–Cu–Ti钎料合金 真空钎焊 结合强度 

摘      要：目的提高金刚石的可焊性,促进金刚石与异质合金的连接。方法采用双辉等离子体表面合金化(DGPSA)技术在CVD单晶金刚石表面沉积Ta_(2)涂层,然后利用Ag–Cu–Ti(Ti的质量分数为2%)钎料合金将Ta_(2)涂层单晶金刚石与硬质合金(WC–Co)在真空钎焊炉中进行焊接。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪分析Ta_(2)涂层及焊后截面的物相组成、表面微观形貌、截面微观形貌、元素分布。使用万能试验机对有Ta_(2)涂层和无Ta_(2)涂层的焊后样品进行剪切断裂试验,对焊接后样品的界面结合强度进行探究。结果在合金化温度为850℃下,随着沉积时间(5、15、30、60 min)的延长,Ta_(2)涂层的厚度从0.35μm增至7.96μm,晶粒由纳米晶转变为柱状晶,整个涂层由沉积层Ⅰ和扩散层Ⅱ组成,且在金刚石/Ta_(2)涂层界面处生成了2种力学性能良好的金属型碳化物,即Ta_(2)C和Ta_(2)C。焊接接头的剪切强度随着Ta_(2)涂层沉积时间的延长,呈先增大后减小的趋势。结论当沉积时间为30 min时,Ta_(2)涂层的厚度为3.47μm,与WC–Co焊接后其剪切强度达到最大值(115.6 MPa),且大于无Ta_(2)涂层焊接样品的剪切强度(75.6 MPa),证明Ta_(2)涂层对单晶金刚石的可焊性有明显的促进作用。