金属和陶瓷的钎焊技术及新发展

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1、金属和陶瓷的钎焊技术及新发展摘要：综述了金属和陶瓷常用的钎焊工艺和部分瞬间液相钎焊法，指出了金属和陶瓷钎焊的难点，展望了其发展趋势。活性金属钎焊能有效改善陶瓷表面的润湿性，具有广泛的应用前景，而pn』p法为金属与陶瓷的高强度耐热连接开辟了一个新途径，正不断引起人们极大的兴趣和关注。关键词：金属；陶瓷；中图分类号：tg454钎焊；部分瞬间液相钎焊文献标识码：a工程陶瓷以其优异的耐高温、耐腐蚀、耐磨损的性能特点．已发展成为被普遍认可的高性能结构材料，但陶瓷件塑性差、不耐冲击．使其应用受到限制i1]。金属和陶瓷的钎焊技术可以实现

2、2种材料性能优点的相互结合，从而有效扩大其应用范围。是当前材料科学和工程领域的研究热点之一。钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到钎料熔点和母材熔点之间的温度，利用液态钎料润湿母材、填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法[2]。由于普通金属钎料在陶瓷表面润湿性很差。因此提高钎料在陶瓷表面的润湿性是保证钎焊质量的关键。此外，金属和陶瓷物理性能、力学性能的不匹配也是影响钎焊的重要因素。1金属和陶瓷钎焊的难点金属陶瓷钎焊的主要难点在于冶金不相容和物性不匹配。冶金不相容是指钎料熔化后对陶瓷不浸润，难以在

3、熔接区和陶瓷实现原子间的冶金结合：物性不匹配是指金属陶瓷的热膨胀系数差异太大。在钎焊结合区存在很大的应力梯度。钎焊产生的热应力使连接强度降低、质量难以满足需要。目前常常通过添加活性元素以改善钎料在陶瓷表面的润湿性，采用添加缓冲层的方法来解决金属陶瓷物性不匹配的问题。缓冲层分为软性缓冲层、硬性缓冲层和软硬双层缓冲层三大类。软性缓冲层的热膨胀系数较高，夹在金属钎料与陶瓷之间可以解决热膨胀不匹配引起的残余应力．但与金属间的连接往往不够理想．因此在某些情况下采用软硬双层缓冲层：一层是与陶瓷有较好结合强度的软性缓冲层；一层是低膨胀系

4、数的硬性缓冲层．夹在钎料与陶瓷之间进行施焊．这种方法能够在一定的程度上改善接头性能。但缓冲层增多使施焊工艺复杂．并且使缓冲层变厚，收稿日期：20xx一o1—15：修回日期：20xx—07—12基金项目：国防科学技术工业委员会项目陶瓷与金属的连接实际上会变成依靠缓冲层来连接，致使钎焊接头各项性能指标下降。2常用的金属和陶瓷钎焊方法目前常用的钎焊方法有陶瓷表面金属化法和活性金属法。2．1陶瓷表面金属化法陶瓷表面金属化法，也称为两步法[5]，是先对陶瓷表面进行金属化处理．采用烧结或其它方法在陶瓷表面涂镀一层金属作为中间层，然后用

5、钎料把金属镀层和金属钎焊在一起。陶瓷表面金属化的方法有很多，如mo—mn法、气相沉积、化学镀和离子注入等问，常用的是mo-mn法，一般工艺过程为：将mo—mn粉制成膏剂涂在陶瓷表面，在1000—1800oc的n2或h2气氛中烧结后，表面形成玻璃相，同时部分金属氧化物被还原，产生金属表面层，最后在表面镀上一层金属。mo—mn法烧结金属粉末的常用配方和烧结工艺参数见表1。目前。mo—mn法在工业上已得到广泛应用。但这种传统的连接方法工艺复杂，费时耗资。表1常用的mo-mn法金属化配方和烧结工艺参数序配方组成％)涂层厚度金属化温

6、度．号适用陶瓷moidnmnoalsio2ca0mgofem保温时间／min，1802075％aj2o330—m1350．30—6o24518．220．912．12-2110．595％aj6701470，6036517．57．555017．519．5l1．51．5透明刚玉50～6o1400—1500．4099％bno1400，306709128140o95％aj2o11500．60气相沉积法包括物理气相沉积、化学气相沉积和等离子反应法。对 于a1n，sic等非氧化物陶瓷与金2·专题综述·焊接技术第36卷第5期2oo7年1o

7、月属的连接，大多采用pvd法。文献[8]介绍了一种应用脉冲等离子束和pvd法对a10，陶瓷预金属化表面改性的方法，5次脉冲后陶瓷表面形成纳米尺度厚度的0膜．再用pvd法沉积约2m厚的ti0或金属；改性后的a10，陶瓷在初始压力为1opa的真空炉中采用agcu28合金钎料与可伐合金钎焊连接．接头抗拉强度达9ompa。此外，张永清等人用化学镀的方法在a10，陶瓷表面镀ni，厚度约48i-tm，然后在辉光钎焊炉中用ag—cu钎料与q235钢钎焊连接．接头抗剪强度达到了78mpa；朱胜_103等人研究了用射频溅射薄膜改善a1n陶瓷

8、与金属连接性的方法：用射频溅射法将。al沉积~ua1n表面．然后在真空炉中用厚度为o．1mm的agcul9．5ti3in5钎料钎焊连接a1n一cu，a1n一cu；加压所配质量20g，温度1173k，保温20min，接头的平均抗剪强度分别达到120mpa和127mpa，与相同工艺条件下未经表面改性i~a1