陶瓷金属钎焊
金属和陶瓷的钎焊技术及新发展
金属和陶瓷的钎焊技术及新发展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(r,rlp)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。
陶瓷金属真空钎焊
陶瓷金属真空钎焊陶瓷金属真空钎焊是一种重要的金属连接技术，它可以广泛应用于航空航天、能源、电子、医疗等领域。
本文将从材料选择、工艺流程、设备要求和注意事项等方面介绍陶瓷金属真空钎焊的基本原理和关键技术。
首先，选择合适的材料至关重要。
在陶瓷金属真空钎焊中，陶瓷和金属是主要的材料。
陶瓷一般选用高温稳定、热膨胀系数匹配良好的陶瓷材料，如氧化铝、氮化硅等。
金属材料则需选择与陶瓷具有良好的相容性和蠕变性，如钼、铜、钛等。
其次，根据实际需要确定工艺流程。
陶瓷金属真空钎焊主要包括四个步骤：清洗、贴片、高温加热和冷却。
首先，需要对待连接的陶瓷和金属进行表面清洗，以去除杂质和氧化层。
然后，将金属贴片置于陶瓷表面，注意要保证贴片的平整和紧密贴合。
接下来，将工件放入真空炉中，在高温下进行钎焊，使陶瓷和金属之间发生扩散反应，形成稳定的连接。
最后，在真空环境中冷却工件，并进行进一步的加工和检测。
第三，在设备选型时需考虑以下几个方面。
首先是真空炉的选择，要求具备良好的密封性能和温度控制能力。
其次是加热方式，常用的有电阻加热、电子束加热和激光加热等，需根据具体情况选择。
此外，还需要考虑支撑装置、固定装置和真空度测试仪等辅助设备的选配。
最后，钎焊过程中需要注意以下几点。
首先是表面处理，要保证连接面的平整度和清洁度，以提高连接质量。
其次是温度控制，要根据材料的熔点和热膨胀系数进行合理控制，避免产生应力和变形。
此外，还要注意钎料的选择和涂布方式，以确保钎焊接头有足够的强度和密封性。
综上所述，陶瓷金属真空钎焊是一项复杂而重要的技术，其成功与否关系到连接件的质量和性能。
在实际应用中，我们需要根据具体情况选择合适的材料，合理设计工艺流程，选配适当的设备，并严格控制每个环节，才能保证钎焊连接的可靠性和稳定性。
希望本文对读者在陶瓷金属真空钎焊领域有所启发和指导。
陶瓷与金属钎焊的方法、钎料和工艺
陶瓷钎焊陶瓷与金属的连接是20世纪30年代发展起来的技术,最早用于制造真空电子器件,后来逐步扩展应用到半导体、集成电路、电光源、高能物理、宇航、化工、冶金、仪器与机械制造等工业领域。
陶瓷与金属的连接方法比较多,如钎焊、扩散焊、熔焊及氧化物玻璃焊料连接法等,其中钎焊法是获得高强度陶瓷/金属接头的主要方法之一。
钎焊法又分为金属化工艺法和活性钎料法。
我国于50年代末才开始研究陶瓷—金属连接技术,60年代中便掌握了金属化工艺法(活化Mo-Mn法)和活性钎焊法,推动了陶瓷/金属钎焊用材料及其钎焊工艺的发展。
常用的金属和陶瓷钎焊方法常用的钎焊方法有陶瓷表面金属化法和活性金属法金属和陶瓷钎焊工艺陶瓷与被连接金属的热膨胀系数相差悬殊，导致钎焊后使接头内产生较高的残余应力, 而且局部地方还存在应力集中现象,极易造成陶瓷开裂。
为降低残余应力, 必须采用一些特殊的钎焊工艺路线。
①合理选择连接匹配材料；②利用金属件的弹性变形减小应力;③避免应力集中；④尽量选用屈服点低, 塑性好的钎料；⑤合理控制钎焊温度和时间；⑥采用中间弹性过渡层。
其中, 采用中间弹性过渡层的方法是研究和应用最多的方法之一, 采用中间弹性过渡层对降低残余应力的作用较大。
该方法采用陶瓷/ 钎料/ 中间过渡层/ 钎料/ 金属的装配形式进行钎焊, E 和σs 减小, 接头强度越高, 这说明较“软”的中间层能够有效地释放应力, 改善接头强度。
中间过渡层的热膨胀系数与Si3N4 接近固然有好处, 但如E 和σs 很高(如Mo 和W) , 不能缓和应力, 也就不能起到好的作用。
因此, 可以认为E 和σs 是选择中间过渡层的主要着眼点。
中间过渡层的选择应尽量满足下列条件: ①选择 E 和σs 较小的材料; ②中间过渡层与被连接材料的热膨胀系数差别要小; ③充分考虑接头的工作条件。
采用弹性过渡层的陶瓷连接方法的缺点是接头强度不高, 原因是有效钎接面积小。
但这种低应力或无应力接头具有良好的使用性能, 其优点是在热载荷下产生较低的热应力, 接头耐热疲劳, 抗热冲击性能好。
一种陶瓷金属钎焊方法是
一种陶瓷金属钎焊方法是
电弧焊接方法，在此方法中，一个电弧通过两个导电材料之间的间隙产生，从而将金属钎料熔化，并使其与被修复的陶瓷表面接触。
这种方法通常在高温环境中进行，以确保钎焊点的完全熔化和结合。
具体步骤如下：
1. 准备工作：清洁和准备要钎焊的陶瓷表面，以确保没有油脂和杂质。
切割或清除任何破损的部分，以便后续修复。
2. 安装电弧焊接设备和配件：将电弧焊接装置与适当的电源连接，同时根据需要安装导电电极和其他配件。
3. 调整焊接参数：根据陶瓷和金属钎料的性质，调整焊接参数，例如电流、电压和焊接时间。
4. 焊接：将导电电极对准要修复的陶瓷表面，激活电弧，并将焊料在电弧下熔化，涂覆在陶瓷表面上。
确保金属钎焊料充分融化并与陶瓷表面接触。
5. 冷却和处理：当焊料冷却后，对修复区域进行处理，例如研磨、打磨和清洁。
6. 检查和测试：对修复的陶瓷部分进行检查和测试，确保钎焊点的质量和稳定性。
需要注意的是，陶瓷金属钎焊是一项精细的任务，要求操作者具备合适的技能和经验。
此外，选择合适的钎焊材料和参数对于获得良好的焊接效果也是至关重要的。
金属陶瓷与金属钎焊研究
１ ～３ ａ 根 据 钎 料 的熔 点 ， 定 钎 焊 的 温 Ｏ Ｐ 。 确 钎焊 温 度 。 确 定 最 佳 钎焊 温 度 后 ， 在 再研 究 增加 中 间 层 对 接 头 性 能 的 影 响 ， 片 的 厚 Ｎｉ
度分 别 Ｏ １ ０． 、 ３ ． 、 ２ ０． 和Ｏ． ｒｍ。 ４ ａ
图 １ 当 保 温 时 间为 １ ｍｉ 时 ， 同 钎 为 ｎ ５ 不 焊 温度 下用 Ｃ － — ｉ ｕ Ｍｎ Ｎ 钎料 连接Ｔ （ Ｎ） ｉ Ｃ， 基 金 属 陶 瓷 与 ４ 号 钢 接 头 的 背 散 射 组 织 照 ５
得熔点与Ｄ ＴＡ结果 基本 一 致 。
用。 国内 外对 陶 瓷 与金 属 的连 接 开展 了不少 的 研究 ， 对于Ｔ （ Ｎ 基 金属 陶瓷与 金属连 ２实验方法 与步骤 但 ｉ Ｃ， ） 接 的技术 研究较 少 ， 限制 了ｒ （ Ｎ 基 金属 陶 ｒ ｃ，与金 属 钎 焊 研 究
马骋 周 建桃 （ 江苏海 事职业技 术 学院船舶 与港 口工程 系
江苏 南京 ２ １ ０ １１ ） ７
摘 要： 本文研 究 了钎焊温度 和保温 时间对金 属陶瓷和金属接 头组织的 影响， 在合适 的钎 焊温度和保 温时 间下 ， 选用不 同厚度 的Ｎｉ 作缓冲 层 并对钎 焊接 头进行 三点 弯 曲试 验 。 结果 表明 ， 在钎 焊温度 １ ４ ℃ ， 温时 间 为１ ｒ ｎ， 用０ Ｉ 厚 度的Ｎｉ 冲层时 ， ０ 保 ０ ａ 采 ５ｉ ． ｍｍ 缓 钎料 与母材 、 中 间层结合 较好 ， 焊接 缺 陷， 无 强度 有 所 提 高 。 关键词 ： 空钎焊 金 属 陶瓷 钎 料 缓 冲层 真 中 图分 类 号 ： Ｇ ４ Ｔ ４ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： ６ ４ ０ ８ （ ０ ０ ０ （） ０ ５ － １ ７ — ９ Ｘ ２ １ ） ６ａ － ０ ９ ０ ２
陶瓷与金属焊接的技术
一，概述陶瓷与金属的焊接中的陶瓷基本上指的是人工将各种金属、氧、氮、碳等合成的新型陶瓷。
其具有高强度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、超硬度等特性，而得到广泛应用;常用的有氧化铝、氮化硅、氧化错陶瓷等。
二，陶瓷与金属焊接的难点1,陶瓷的线膨胀系数小，而金属的线膨胀系数相对很大，导致接易开裂。
一般要很好处理金属中间层的热应力问题。
2,陶瓷本身的热导率低，耐热冲击能力弱。
焊接时尽可能减小焊接部位及周围的温度梯度，焊后控制冷却速度。
3,大部分陶瓷导电性差，甚至不导电，很难用电焊的方法。
为此需采取特殊的工艺措施。
4,由于陶瓷材料具有稳定的电子配位，使得金属与陶瓷连接不太可能。
需对陶瓷金属化处理或进行活性钎料钎焊。
5,由于陶瓷材料多为共价晶体，不易产生变形，经常发生脆性断裂。
目前大多利用中间层降低焊接温度，间接扩散法进行焊接。
6,陶瓷与金属焊接的结构设计与普通焊接有所区别，通常分为平封结构、套封结构、针封结构和对封结构，其中套封结构效果最好，这些接头结构制作要求都很高。
三，陶瓷与金属焊接的通用工艺1,清洗:金属和钎料的表面必须清洗干净，陶瓷常用洗净剂加超声清洗。
2,涂膏:膏剂大多由纯金属粉末和适当的金属氧化物粉末组成，颗粒度大都在l~5um之间，用有机粘结剂调制成具有一定粘度的膏剂。
然后用粉刷工具将膏剂均匀涂在陶瓷待金属化表面上，涂层厚度一般为30~60un‰3,金属化:将涂好膏剂伪陶瓷件送入氢炉中，在1300~1500°C的温度下保温Ih04,镀银:为了更好的钎料润湿，在金属化层上再电镀一层厚约5um的银层。
当钎焊温度低于IoOerC时，则电镀层还需在100OC氢炉中预烧结15~20min05,装架:把处理好的金属件和陶瓷件用不锈钢、石墨、陶瓷模具装配成整体，并在接缝处装上钎科;在整个操作过程中待焊接件应保持清洁，不得用裸手触摸。
6,钎焊:在通有氨气的炉中或通有氢气的炉中或真空炉中进行钎焊,其温度选择，升温速度选择等要根据所使用的钎料特性决定，特别注意的是降温速度不得过快，以防止陶觉件由于温度应力而开裂。
陶瓷金属的焊接方法
陶瓷/金属的焊接方法材料连接技术的历史可以追溯到数千年以前，但现代材料连接技术的形成主要以19世纪末电阻焊的发明(1886)和金属极电弧的发现(1892)为标志，真正的快速发展则更是20世纪30、40年代以后的事。
科学上的发现、新材料的发展和工业新技术的要求始终从不同角度推动着材料连接技术的发展，例如，电弧的发现导致电弧焊的发明，电子束、等离子束和激光的相继问世形成了高能束焊接；高温合金和陶瓷材料的应用促进了扩散连接技术的发展；高密度微电子组装技术的要求推动了微连接技术的进步等等。
经过一个多世纪的发展，材料连接技术已经成为材料加工、成形的主要技术和工业制造技术的重要组成部分，应用领域遍及机械制造、船舶工程、石油化工、航空航天、电子技术、建筑、桥梁、能源等国民经济和国防工业各部门，在航空航天、电子技术和船舶等领域甚至成为部门发展的最关键技术。
材料连接方法众多，仅常用的就有近30种。
按照连接机理可以将连接技术分为熔化焊，固相焊和钎焊三大类，熔化焊是指通过母材和填充材料的熔合实现连接的一类连接方法，包括电弧焊、电子束焊和激光焊等；固相焊是通过连接材料在固态条件下的物质迁移或塑性变形实现连接的一类连接方法，主要有扩散焊、摩擦焊、爆炸焊等；钎焊是利用低熔点液态合金对母材的润湿和毛细填缝而实现连接的一类连接方法。
这些连接方法各有优点和局限性，适合于不同的材料和结构。
陶瓷/金属连接研究发展到今天，已经有很多连接方法，主要有：（1）粘合剂粘接；（2）机械连接；（3）自蔓延高温合成连接；（4）熔焊；（5）钎焊；（6）扩散焊等。
钎焊是陶瓷/金属连接最常用的方法之一，其原理是利用陶瓷与金属母材之间的钎料在高温下熔化，其中的活性组元与陶瓷原料发生化学反应，形成稳定的反应梯度层使两种材料结合在一起。
陶瓷/金属钎焊一般分为间接钎焊和直接钎焊。
间接钎焊是先在陶瓷表面进行金属化，再用普通钎料进行钎焊。
进行陶瓷预金属化的方法最常用的是Mo-Mn法，此外还有物理气相沉淀（PVD）、化学气相沉积（CVD）、热喷涂法以及离子注入法等。
陶瓷组装及连接技术陶瓷与金属的活性钎焊连接氮化物连接.pptx
3.2 氮化物陶瓷及其与金属的连接
❖氮化物的性质
a) 熔点较高
HfN (3310℃)， TiN (2950℃)，TaN (3100℃)，VN (2030℃)，BN、 Si3N4、AlN等不存在熔点，而在高温直接升华，不利于真空条件下使用。
b) 高硬度
TiN 21.6GPa，ZrN 19.9GPa，Si3N4 18GPa，H-BN的硬度很低（莫氏硬 度为2），c-BN硬度很高，仅次于金刚石。
工艺操作较易，a- Si3N4 含量较高， 颗粒较细
3 气相合成法
3SiCl+4NH3=Si3N4+12HCl 3SiCl+16NH3=Si3N4+12NH4Cl
1000-1200°C 下生成非晶 Si3N4，再 热处理而得高纯、超细的a- Si3N4， 但含有害的 Cl 离子
4 热分解法
3Si(NH)2=Si3N4+2NH3 3Si(NH2)4=Si3N4+8NH3
c) 抗氧化能力
到一定温度后，在空气中氮化物就发生氧化，某些氮化物由于氧化时在 表面形成保护层，从而阻碍了进一步的氧化。
d) 导电性能变化很大
导电性: TiN、ZrN、NbN等。 绝缘性：BN, AlN, Si3N4
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3.2 氮化物陶瓷及其与金属的连接
❖氮化物的性质 Si3N4陶瓷
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3.2 氮化物陶瓷及其与金属的连接
❖氮化物的性质 Si3N4陶瓷 Si3N4陶瓷的应用
• 氮化硅基陶瓷刀具 • 氮化硅陶瓷轴承 • 氮化硅陶瓷发动机 • 高温结构部件 • 耐磨部件 • 透波陶瓷-导弹天线窗/罩等 • 高导热陶瓷
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陶瓷金属钎焊
陶瓷
陶瓷材料具有优异的耐高温、耐磨损、抗腐蚀性能和密度低、 绝缘性好的优点
陶瓷塑性差、脆性高 单独使用时抵抗热应力和冲击载荷的能力差属材料作钎料，将 焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温 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焊件的方法。
关于界面生成物的热力学、动力学数据都有待 进一步补充和完善，这样才能为界面生成物的预测和 反应过程动力学的研究奠定理论基础。
条件：
由于活性元素化学性质活跃, 因此活性钎焊通常在 真空或惰性气体保护下进行。
活性钎料(Ti Zr Cr Ni） —Ti
a.常用的是AgCuTi，其他的还有CuTi、CuSnTi、
TiSi等 b.依靠活性元素与陶瓷之间的反应形成润湿结合 c.要真空或保护气氛下高温（900℃以上）完成。
常用陶瓷主要有氮化物、碳化物、氧化物陶瓷
Ti活性钎料钎焊
Si3N4 陶瓷
活性元素Ti与Si3N4反应生成TiN和Ti5Si3
Ti活性钎料钎焊
SiC 陶瓷
Ti＋SiC＝TiC＋Ti5Si3
特殊钎料
对于SiC陶瓷 Ni元素----润湿性不好 Si元素----提高润湿性 但热膨胀系数的差异会 造成的开裂
Ni钎料 Si钎料
NiSi钎料 1350℃ 真空
SiC分解会形成C和Si，Si溶解进入Ni合金内，而C元 素会在界面处富集。Si的加入能够使润湿角减小至21.5°。
表面金属化钎焊
陶瓷表面预金属化处理---主要是指采用蒸镀等办法在陶瓷
表面形成一层金属薄膜，然后把陶瓷与金属的润湿问题转化 为金属与金属的润湿。
SiC陶瓷，800℃氩气保护，纯Al钎料
陶瓷与金属钎焊技术
(1) 活性钎料 Ti、Zr、Cr、Ni (2) 特殊钎料 SiC陶瓷 FeSi钎料 (3) 表面金属化处理 SiC陶瓷表面镀Cu
陶瓷金属的焊接方法
陶瓷/金属的焊接方法材料连接技术的历史可以追溯到数千年以前，但现代材料连接技术的形成主要以19世纪末电阻焊的发明(1886)和金属极电弧的发现(1892)为标志，真正的快速发展则更是20世纪30、40年代以后的事。
科学上的发现、新材料的发展和工业新技术的要求始终从不同角度推动着材料连接技术的发展，例如，电弧的发现导致电弧焊的发明，电子束、等离子束和激光的相继问世形成了高能束焊接；高温合金和陶瓷材料的应用促进了扩散连接技术的发展；高密度微电子组装技术的要求推动了微连接技术的进步等等。
经过一个多世纪的发展，材料连接技术已经成为材料加工、成形的主要技术和工业制造技术的重要组成部分，应用领域遍及机械制造、船舶工程、石油化工、航空航天、电子技术、建筑、桥梁、能源等国民经济和国防工业各部门，在航空航天、电子技术和船舶等领域甚至成为部门发展的最关键技术。
材料连接方法众多，仅常用的就有近30种。
按照连接机理可以将连接技术分为熔化焊，固相焊和钎焊三大类，熔化焊是指通过母材和填充材料的熔合实现连接的一类连接方法，包括电弧焊、电子束焊和激光焊等；固相焊是通过连接材料在固态条件下的物质迁移或塑性变形实现连接的一类连接方法，主要有扩散焊、摩擦焊、爆炸焊等；钎焊是利用低熔点液态合金对母材的润湿和毛细填缝而实现连接的一类连接方法。
这些连接方法各有优点和局限性，适合于不同的材料和结构。
陶瓷/金属连接研究发展到今天，已经有很多连接方法，主要有：（1）粘合剂粘接；（2）机械连接；（3）自蔓延高温合成连接；（4）熔焊；（5）钎焊；（6）扩散焊等。
钎焊是陶瓷/金属连接最常用的方法之一，其原理是利用陶瓷与金属母材之间的钎料在高温下熔化，其中的活性组元与陶瓷原料发生化学反应，形成稳定的反应梯度层使两种材料结合在一起。
陶瓷/金属钎焊一般分为间接钎焊和直接钎焊。
间接钎焊是先在陶瓷表面进行金属化，再用普通钎料进行钎焊。
进行陶瓷预金属化的方法最常用的是Mo-Mn法，此外还有物理气相沉淀（PVD）、化学气相沉积（CVD）、热喷涂法以及离子注入法等。
陶瓷组装部件的先进钎焊技术
激光钎焊技术
激光钎焊技术是一种利用激光束将陶瓷和金属连接在一起的焊接技术。激光钎焊技术可以实 现快速、高效、高质量的焊接，并且对环境的影响较小。
激光钎焊技术适用于各种需要高质量焊接的陶瓷和金属材料，如氧化铝、氮化硅、碳化硅等 陶瓷材料和不锈钢、钛、镍等金属材料。
料。
高温钎焊技术的优点是连接强度高、密 封性能好、耐高温性能优异，适用于高 温、高压、腐蚀等恶劣环境下的应用。
真空钎焊技术
真空钎焊技术是一种在真空环境下将陶瓷和金属连接在一起的焊接技术。 由于真空环境下没有氧气，因此不会产生氧化和腐蚀问题，可以获得更 好的焊接质量。
真空钎焊技术适用于各种需要无氧环境下进行焊接的陶瓷和金属材料， 如氧化铝、氮化硅、碳化硅等陶瓷材料和不锈钢、钛、镍等金属材料。
优化复合材料的表面处理
对复合材料表面进行适当的处理，以提高其与陶瓷材料的结合力。
04
先进钎焊技术在陶瓷组 装部件的应用
高温钎焊技术
高温钎焊技术是一种在高温下将陶瓷和 金属连接在一起的焊接技术。由于陶瓷 和金属的热膨胀系数不同，需要在高温 下进行焊接以减小热膨胀系数的差异对
焊接质量的影响。
高温钎焊技术适用于各种陶瓷和金属材 料的连接，如氧化铝、氮化硅、碳化硅 等陶瓷材料和不锈钢、钛、镍等金属材
激光钎焊技术的优点是焊接速度快、效率高、接头质量稳定可靠，同时还可以实现自动化和 智能化的焊接生产。
05
钎焊技术在陶瓷组装部 件的挑战与前景
钎焊技术的挑战
材料匹配性
陶瓷和金属的物理和化学性质差异大，对钎焊材 料的要求高。
温度控制
一种陶瓷金属钎焊方法
一种陶瓷金属钎焊方法引言陶瓷金属是一种具有良好的热、电、机械性能的新型复合材料。
在现代工业应用中，陶瓷金属被广泛用于航空航天、电子、化工等领域。
然而，陶瓷金属的焊接一直是一个难以解决的问题，由于其独特的物理和化学性质，传统的焊接方法难以应用于陶瓷金属的连接。
本文将介绍一种新的陶瓷金属钎焊方法，以解决陶瓷金属的焊接问题。
陶瓷金属钎焊方法的原理陶瓷金属钎焊方法是一种将金属填料与陶瓷基板连接的技术。
其原理主要包括以下几个方面：1. 钎焊材料选择：选择具有良好湿润性和高瞬时温度的钎料，使其能够在高温下与陶瓷金属发生反应。
2. 界面反应：钎焊过程中，钎料与陶瓷金属基板发生化学反应，形成金属间化合物。
这些金属间化合物能够提供强大的连接力，并减小热膨胀系数不匹配所带来的应力。
3. 热循环：通过控制钎焊过程中的温度和保持时间，使钎料与陶瓷金属基板之间形成稳定的金属间化合物。
这种金属间化合物的形成可以增强连接的稳定性和强度。
陶瓷金属钎焊方法的步骤下面以陶瓷金属复合材料的钎焊为例，介绍一种基于此原理的陶瓷金属钎焊方法的步骤：1. 准备工作：在进行钎焊前，需要对需要连接的陶瓷金属基板进行清洁处理和表面处理，确保表面无污染物和氧化物。
2. 涂覆钎料：将选择好的钎料均匀涂覆在陶瓷金属基板的焊接区域上。
3. 预热：将涂覆了钎料的陶瓷金属基板进行预热，使其达到钎焊温度的一半左右。
4. 加热钎焊区域：使用适当的加热设备对钎焊区域进行均匀加热，使其达到钎焊温度。
5. 保温：在钎焊温度下，对钎焊区域进行保温，使钎料与陶瓷金属基板发生反应。
6. 冷却：在保温一定时间后，将加热设备停止加热，让钎焊区域自然冷却。
7. 清洁：冷却后，用去离子水或其他清洁剂对焊接区域进行清洁，去除冷却后产生的氧化物等物质。
8. 检查和评估：对焊接区域进行检查和评估，检查焊缝是否均匀牢固，评估焊接质量和性能。
陶瓷金属钎焊方法的优势与应用相比传统的焊接方法，陶瓷金属钎焊方法具有以下优势：1. 高强度连接：陶瓷金属钎焊方法通过金属间化合物的形成，能够实现高强度的连接，提高了焊接的稳定性和可靠性。
陶瓷和金属材料的焊接
陶瓷和金属材料的焊接嘿，朋友们！今天咱来聊聊陶瓷和金属材料的焊接这档子事儿。
你说陶瓷，那可是老祖宗传下来的宝贝啊，精美又脆弱，就像咱家里那祖传的花瓶，得小心翼翼地伺候着。
而金属呢，硬邦邦的，结实得很。
这俩家伙要焊接在一起，那不亚于让猫和狗和谐共处啊！可别小瞧了这事儿，这里头的学问可大着呢！就好像你要把两个性格迥异的人凑一块儿做事，得找对方法才行。
陶瓷和金属焊接，首先得选对焊接材料吧，这就跟给它们找个合适的“月老”牵红线似的。
要是选错了，那可就白折腾啦！然后呢，焊接的温度也得把握好。
温度低了，它们俩“手都拉不紧”；温度高了，嘿，陶瓷可能就“发脾气”裂了。
这就好比你煮饺子，火大了饺子煮破了，火小了饺子皮还是生的，得恰到好处才行。
还有啊，焊接的工艺也很关键。
你得轻手轻脚的，不能太粗鲁。
不然陶瓷那小身板可受不了，这就跟哄小孩子一样，得有耐心、有技巧。
咱可以想象一下，要是能把陶瓷和金属完美地焊接在一起，那能做出多少神奇的东西啊！比如说一个陶瓷手柄的金属锅，既好看又实用，多棒啊！这就像把优雅的白天鹅和强壮的北极熊组合在一起，产生了奇妙的效果。
焊接的时候可得细心再细心，一点小疏忽都可能导致前功尽弃。
这就好像你走在钢丝上，稍不注意就会掉下去。
可别嫌我啰嗦，这都是经验之谈呐！咱中国人自古就心灵手巧，陶瓷和金属的焊接咱也一定能搞定。
只要咱有耐心，肯钻研，就没有办不成的事儿。
这陶瓷和金属的焊接啊，不只是技术活，更是一门艺术。
你得用心去感受它们，才能让它们完美结合。
所以说啊，陶瓷和金属材料的焊接虽然有点难度，但咱可不能退缩。
咱要迎难而上，发挥咱的聪明才智，让陶瓷和金属在咱的手中绽放出不一样的光彩！相信我，只要你肯尝试，就一定能成功！。
一种陶瓷外壳的钎焊方法
一种陶瓷外壳的钎焊方法
一种常用的陶瓷外壳钎焊方法是采用烧结钎料。
具体步骤如下：
1. 准备工作：将需要钎焊的陶瓷外壳的表面清洁干净，确保没有灰尘、油脂等杂质。
2. 钎焊材料选择：选择适合陶瓷钎焊的烧结钎料，通常是由金属或合金组成的粉末。
3. 钎焊材料涂布：将烧结钎料粉末与有机粘结剂混合，涂布在需要钎焊的陶瓷外壳表面。
4. 加热：将涂布了钎焊材料的陶瓷外壳放入加热炉中，进行加热。
加热温度要根据具体的钎焊材料和陶瓷材料来确定，通常在材料的熔点附近。
5. 钎焊：当加热到一定温度时，烧结钎料会熔化并与陶瓷外壳表面发生钎焊。
可以使用气氛控制加热以保持一定的气氛环境，以避免钎焊过程中氧化和烧结材料的蒸发。
6. 冷却：待钎焊完成后，将陶瓷外壳从加热炉中取出，并进行冷却。
可以控制冷却速度以减小温度梯度和热应力。
注意事项：
- 钎焊过程中需要保证陶瓷外壳和钎焊材料的质量和纯度，以确保钎焊的可靠性。
- 加热和冷却过程应控制良好，避免温度变化过快，以免导致外壳开裂或钎焊断裂。
- 钎焊设备应按照规定要求进行操作，确保安全。
- 钎焊过程中需要注意对环境的保护，避免产生有害气体和环境污染。
陶瓷与金属的钎焊工艺
陶瓷与金属的钎焊工艺1 陶瓷与金属的钎焊(一般称为封接) 广泛用于电子管和半导体的制造，此外，还用于变压器、整流器、电容器和水银开关的密封上。
2 陶瓷与金属的钎焊方法主要分两类：烧结金属粉末法和活性金属法。
3 烧结金属粉末法这种方法的原理是：在还原气氛中借高温在陶瓷上烧结一层金属粉，使瓷面带有金属性质，即所谓陶瓷金属化，随后用钎焊来实现它与金属件的连接。
金属化配方是烧结金属粉末法的关键。
对不同的陶瓷，金属化配方是不一样的。
金属化配方中主体一般是难熔金属粉，用得最多的是钼粉，其次是钨粉。
另外，为了改善难熔金属粉末与陶资的结合，还添加原子序数在 22～28之间的金属，最常用的是锰、铁、钛粉。
对于高氧化铝瓷还要添加一定量的金属氧化物。
将这样组成的粉剂与硝棉、醋酸戊脂及丙酮配成金属化膏，涂在陶瓷的钎焊面上，然后在氢气中进行烧结，使陶瓷金属化。
瓷件经过金属化烧结上钼或钨后，由于一般钎料对金属化层的润湿差，需再电镀上一层镍，然后用钎料进行钎焊。
钎焊时应施加一定压力(约 0.49～0.98MPa)。
钎焊在氢气保护下或真空中进行。
4 活性金属法4.1 活性金属法钎焊有三种方式：a）将钛或锆以垫片方式放在陶瓷与金属间进行钎焊；b）将钛或锆的细粉或者钛或锆的氢化物，预先涂在待连接面上，再放上钎料进行钎焊，c）用含钛和锆的活性钎料直接进行钎焊。
4.2 活性金属钎焊法的实质是：钛同很多金属能形成共晶合金，在钎焊加热过程中就能形成这种含钛的合金。
这类合金具有很强的活性，在高温和高真空下同陶瓷中的氧化物接触时使氧化物局部还原，在界面区形成复杂的间隙固溶体和置换固溶体。
例如，钛同 A1203作用时，在 950℃下A123局部被钛还原，形成钛的间隙固溶体。
同时，被还原出来的铝又溶于钛中，形成置换固溶体。
钛同 SiO2作用时形成氧在钛中的固镕体，同时产生钛同硅的金属间化合物，因为硅与钛不形成固溶体。
熔化钎料就在固溶体和金属间化合物上铺展，并填满间隙。
陶瓷与金属玻璃钎焊 课件
陶瓷与金属玻璃钎焊课件《陶瓷与金属玻璃钎焊课件》一、引言在现代工业中，陶瓷与金属玻璃的钎焊技术具有重要的应用价值。
陶瓷是一种硬度和耐腐蚀性较高的材料，而金属玻璃则具有优异的韧性和可塑性。
将这两种材料通过钎焊技术连接在一起，可以获得具有优异综合性能的复合材料，广泛应用于航空、航天、汽车、电子等领域。
二、基础知识陶瓷是一种由无机物质组成的材料，具有高硬度和耐腐蚀性等优点。
金属玻璃则是一种具有玻璃态组织的金属材料，具有高强度、高韧性和良好的可塑性。
三、钎焊原理钎焊是一种通过熔点比被连接材料更低的金属钎料来实现材料连接的工艺。
在陶瓷与金属玻璃的钎焊过程中，钎料首先被加热到熔化状态，然后通过润湿作用被吸附在陶瓷与金属玻璃的表面，随后钎料中的金属原子通过扩散逐渐向基体材料扩散，最终实现陶瓷与金属玻璃之间的牢固连接。
四、工艺过程1. 准备工作：首先需要对陶瓷与金属玻璃进行清洗，去除表面污垢和氧化物。
同时选择合适的钎料和钎剂，并确定适当的加工参数，如加热温度、时间、冷却速度等。
2. 热源加热：使用适当的热源对陶瓷与金属玻璃进行加热，使其达到钎焊温度。
在加热过程中，需要注意控制温度变化的速度和均匀性。
3. 添加钎料：将钎料放置在陶瓷与金属玻璃之间，保证其均匀分布。
4. 保温和冷却：在钎料熔化并润湿陶瓷与金属玻璃表面后，需要保温一段时间以使钎料中的金属原子能够扩散到基体材料中，随后进行缓慢冷却以获得稳定的焊接接头。
5. 质量检查：焊接完成后，需要进行质量检查，包括外观检查、无损检测等，确保无缺陷存在。
五、注意事项1. 确保陶瓷与金属玻璃清洗干净，避免表面污垢和氧化物影响焊接质量。
2. 选择合适的钎料和钎剂，以保证焊接质量。
3. 确定适当的加工参数，避免过热和过烧现象。
4. 在添加钎料时要注意控制添加量和位置，保证均匀分布。
5. 缓慢冷却以防止裂纹产生。
同时需要进行质量检查确保无缺陷存在。
6. 对操作人员进行培训和安全教育，确保操作安全。
陶瓷与金属焊接的难点,解决方案,以及常见焊接方法
陶瓷与金属焊接的难点,解决方案,以及常见焊接方法
陶瓷和金属这两种材料具有不同的物理和化学性质，因此它们之间的焊接难度较大。
传统的焊接方法在这种情况下并不适用，因此需要采取一些特殊的措施来解决问题。
难点：
1.热膨胀系数：陶瓷和金属的热膨胀系数不同，这可能会导致焊接后出现应力和裂纹。
2.不同的熔点：陶瓷和金属的熔点不同，这可能会导致焊接时一种材料熔化而另一种材料未熔化的情况。
3.陶瓷易碎：陶瓷是一种非常脆弱的材料，它容易在焊接时破裂。
解决方案：
1.使用中间材料：中间材料具有较低的熔点和较高的热膨胀系数，可以作为陶瓷和金属之间的“粘合剂”。
常用中间材料包括玻璃、石墨和钨。
2.使用激光焊接：激光焊接是一种精确度和可控性非常高的焊接方法，可以避免陶瓷破裂和金属未熔化的问题。
3.使用电子束焊接：电子束焊接也是一种高精度的焊接方法，可以在不加热周围材料的情况下加热焊接区域，从而避免破裂和未熔化的问题。
常见焊接方法：
1.钎焊：钎焊是一种将金属焊接到陶瓷上的常见方法，它使用
一种称为钎料的中间材料来连接两个表面。
2.熔焊：熔焊是一种将金属和陶瓷直接焊接在一起的方法。
在熔焊中，金属和陶瓷的熔点相似或者采用中间材料。
3.粘接：粘接是一种将金属和陶瓷粘在一起的方法。
这种方法需要使用一种特殊的粘合剂来连接两个表面。
以上是陶瓷与金属焊接的难点、解决方案和常见焊接方法的概述。
在实际生产中，焊接方法的选择将取决于具体的应用和要求。
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本科课程论文题目陶瓷金属钎焊
院（系）化学学院
专业应用化学
课程材料化学
学生姓名金露
学号**********
指导教师王宏里
二○一三年十二月
陶瓷和金属钎焊技术
摘要：陶瓷与金属的钎焊技术是金属陶瓷材料得以发展和应用的关键技术之一。
概述了陶瓷与金属钎焊的困难，阐述了陶瓷与金属钎焊的技术方法及其研究进展, 展望了陶瓷与金属钎焊技术的应用前景。
关键字：陶瓷金属钎焊
0 前言：
陶瓷材料具有优异的耐高温、耐磨损、抗腐蚀性能和密度低、绝缘性好的特点, 在汽车、军工、电子、航空航天等领域具有广阔的应用前景。
然而陶瓷塑性差、脆性高的特点一方面造成了形状复杂的陶瓷零件加工成型困难, 另一方面决定了其在单独使用过程中抵抗热应力和冲击载荷的能力差。
根据使用要求选择有效的连接方法, 将陶瓷与金属连接起来获得陶瓷一金属复合构件, 能把二者的优点结合起来, 充分发挥陶瓷材料的优异性能并拓宽其应用范围。
其中钎焊就是把金属与陶瓷连接起来的一种方法。
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高于钎料熔点，低于母材熔化温度，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焊件的方法。
钎焊变形小，接头光滑美观，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件，如蜂窝结构板、透平叶片、硬质合金刀具和印刷电路板等。
钎焊前对工件必须进行细致加工和严格清洗，除去油污和过厚的氧化膜，保证接口装配间隙。
间隙一般要求在0.01～0.1毫米之间。
1 陶瓷与金属钎焊的困难
异种材料钎焊存在很多困难：线膨胀系数不同容易引起热应力，异种材料焊接热影响区力学性能较差，特别是塑性和韧性下降；一种材料焊接接头容易产生裂纹甚至发生断裂。
陶瓷与金属钎焊时由于陶瓷材料与金属原子结构之间存在本质上的差别，加上陶瓷本身特殊的物理化学性能，因此，陶瓷与金属的钎焊存在不少问题。
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。
具体体现为以下几个方面：
（1）、陶瓷与金属钎料难润湿
熔点：陶瓷～2000℃；金属～1600℃
陶瓷sg 金属sg，sg sl
（2）、陶瓷与金属的物理化学性质差异大
陶瓷CTE ～2；金属CTE 13～24
（3）、陶瓷的线膨胀系数比较小，与金属的线膨胀系数相差较大，陶瓷与金属焊
接时接头区会产生残余应力。
残余应力较大时还会导致接头处产生裂纹，甚至引起断裂破坏。
（4）、陶瓷熔点高, 硬度和强度高, 不易变形, 扩散连接时要求被连接体表面非常平整清洁。
（5）、大部分陶瓷导电性很差或基本不导电, 很难采用电焊方法连接。
2 陶瓷与金属钎焊技术
根据陶瓷-金属钎焊遇到的困难，得出陶瓷钎焊的研究主要集中在以下几方面：
(1) 活性钎料
(2) 特殊钎料
(3) 表面金属化处理
2.1活性钎料
活性钎焊不需对陶瓷表面预金属化, 工艺过程相对简单。
采用活性钎焊时, 钎料中最常添加的活性元素是Ti, 其次是Zr、Cr、Ni等。
钎焊过程中, 活性元素与陶瓷表面发生化学反应形成反应层。
一方面反应层中的反应产物大都具有与金属相同或相似的结构, 可以被熔化的金属润湿另一方面界面反应在金属钎料与陶瓷间形成新的化学键, 强化了二者间的冶金接合。
由于活性元素化学性质活跃, 高温下易与空气中的氧气等发生化学反应, 因此活性钎焊通常在真空或惰性气体保护下进行。
2.1.1 Ti活性钎料钎焊
(1)常用的是AgCuTi，其他的还有CuTi、CuSnTi、TiSi等。
(2)依靠活性元素与陶瓷之间的反应形成润湿结合。
(3)要真空或保护气氛下高温（900℃以上）完成。
2.1.2 Cr活性钎料钎焊
含有活性元素Cr的Cu基或CuNi基钎料，常需要在1150℃真空条件下进行。
如，在SiC陶瓷中，常用Cr活性钎料，发生Cr+SiC→Cr3C2+Si反应，反应层为Cr3C2，Cu和C混合物；
又如，在Si3N4陶瓷中，常用Ni22Cr活性钎料，发生Si3N4+Cr→CrN+Si 反应。
2.1.3Zr活性钎料钎焊
如，在Al2O3陶瓷中，常用含活性元素Zr的AgCuSn基钎料，在800℃真空条件下进行。
发生Zr+Al2O3→ZrO2+Al反应，反应层主要是ZrO2和一些Ag 、Cu的小颗粒。
2.2特殊钎料
对于SiC陶瓷，高温下Ni能使得SiC分解，但润湿性不好。
而加入适量的Si元素，能够抑制分解，且提高润湿性，但由于热膨胀系数的差异造成的开裂问题没有解决。
所以常加入NiSi钎料，既可提高湿润效果，又可以解决由于热膨胀系数的差异造成的开裂问题。
2.3表面金属化钎焊
陶瓷表面预金属化处理---主要是指采用蒸镀等办法在陶瓷表面形成一层金属薄膜，然后把陶瓷与金属的润湿问题转化为金属与金属的润湿。
表面金属化的配方和工艺比较多，常见的有电镀法、烧结金属粉末法、活性金属法和气相沉积
法。
SiC陶瓷表面镀Cu处理，800℃氩气保护，纯Al钎料。
SiC表面镀Cu不仅改善纯Al钎料对SiC的润湿，还可以抑制界面Al4C3的形成。
Al2O3陶瓷表面镀Ni处理，800℃氩气保护，纯Al钎料，可以显著减小润湿角。
采用离子注入的办法可以改善陶瓷表面的状态，例如在Al2O3陶瓷里注入Ti 或Ni元素，可使得陶瓷表面呈现出金属性，另外使陶瓷表面缺陷增多，提高表面能，从而促进润湿。
3 结束语
陶瓷与金属钎焊在低温（1000℃以下）条件下已经比较成熟，而在高温下这还不够完善。
故高温下的陶瓷金属钎焊技术会是以后发展的重点。
陶瓷与金属的钎焊的界面反应涉及到很复杂的物理、化学等方面的问题，目前这方面还缺乏系统的理论，关于界面生成物的热力学、动力学数据都有待进一步补充和完善，这样才能为界面生成物的预测和反应过程动力学的研究奠定理论基础。
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