陶瓷与金属封接基础知识
第5章陶瓷金属化与封接
附着在瓷件的表面，包括树脂（黏结作用）、溶 剂（溶解树脂）和油（调节触变性）
烧银过程中的物理化学变化
Ag2O Ag O2 1
Ag2CO3 Ag2O CO2 2Ag CO2 2 O2
➢ 银化合物分解温度350~500℃ ➢ 最高烧银温度低于910℃ ➢ 快速冷却获得细晶组织的银层
强度提高
三、陶瓷与可伐合金封接
➢ 可伐合金为Fe-Ni-Co ➢ 采用Mo-Mn金属化，并镀镍后的陶瓷，在压力下
以纯银或者Ag-Cu合金为焊料，在氢气下进行反应 扩散焊接
第五章
陶瓷金属化与封接 Metallizing and Joining
第一节 特种陶瓷的金属化
陶瓷金属化的目的
➢ 导电连接，例如电容器电极的引出 ➢ 陶瓷与金属材料封接的过渡层 ➢ 表面改性
一、被银法
➢ 也称为浸银法。形成电容器、滤波器等的导电网 络
➢ 银的导电性优良，抗氧化和腐蚀能力强，与陶瓷 热膨胀系数接近，结合牢固，工艺简单
几种银浆的配方
二、Mo-Mn金属化
去污清洗 涂金属化浆 保护气氛下金属化烧成 镀镍 焊接
电真空陶瓷金属化的常用方法
几种典型的Mo-Mn金属化浆料配方
影响封接质量的主要因素
➢ 表面洁净度：彻底去污，必要时在850~1150℃下 煅烧30min去污
➢ 玻璃含量高，烧结致密，晶粒较大容易金属化 ➢ 一般黏结剂采用硝棉（硝化纤维——Nitrocellulose
与醋酸丁脂的溶液）、醋酸丁脂、草酸二乙脂配 制
金属化烧成的气氛
➢ 一般在钼丝炉中进行，采用氢气气氛 ➢ 要求氢气中含有少量的氧，如果采用空气，总气
陶瓷与金属的连接技术
陶瓷与金属的连接技术1. 引言陶瓷和金属是两种不同性质的材料，它们在物理、化学和力学特性上存在明显差异。
由于这种差异，将陶瓷与金属进行有效连接是一个具有挑战性的任务。
然而，随着科技的发展和工程需求的增加，陶瓷与金属之间的连接技术变得越来越重要。
本文将介绍几种常见的陶瓷与金属连接技术，并对其优缺点进行探讨。
2. 黏结剂连接黏结剂连接是一种常见且简单的方法，用于将陶瓷与金属材料连接在一起。
该方法通过使用黏合剂或粘合剂来实现连接。
黏结剂可以是有机或无机材料，如环氧树脂、聚酰亚胺等。
2.1 优点•黏结剂连接方法简单易行。
•可以实现大面积接触。
•黏结剂具有一定的柔韧性，可以缓解因材料差异而引起的应力集中问题。
2.2 缺点•黏结剂连接的强度受到黏结剂本身性能的限制。
•黏结剂可能会受到温度、湿度等环境因素的影响而失效。
•黏结剂连接需要进行精确的表面处理和涂覆工作，增加了制造成本和复杂度。
3. 焊接连接焊接是一种常用的金属连接技术，它也可以用于将陶瓷与金属材料连接在一起。
在焊接过程中，通过加热和冷却来实现材料之间的结合。
3.1 激光焊接激光焊接是一种高能量密度焊接方法，适用于陶瓷与金属之间的连接。
激光束可以在非常短的时间内加热材料，从而实现快速焊接。
3.1.1 优点•激光焊接可以实现高强度连接。
•焊接区域小，对周围区域影响小。
•可以实现高精度、无损伤的焊接。
3.1.2 缺点•激光设备昂贵且操作复杂。
•对材料表面质量要求较高。
•需要进行精确的焊接参数控制。
3.2 电子束焊接电子束焊接是一种利用高速电子束加热材料并实现连接的方法。
它可以在真空或低压环境下进行，适用于陶瓷与金属之间的连接。
3.2.1 优点•电子束焊接可以实现高强度连接。
•焊接区域小，对周围区域影响小。
•可以实现高精度、无损伤的焊接。
3.2.2 缺点•电子束设备昂贵且操作复杂。
•对材料表面质量要求较高。
•需要进行精确的焊接参数控制。
4. 氧化铝陶瓷与金属连接技术氧化铝陶瓷是一种常见的工程陶瓷材料，具有优异的耐磨、耐腐蚀和绝缘性能。
陶瓷和金属焊接方法
陶瓷和金属焊接方法：1、烧结金属粉末法原理：在特定的温度和气氛中，先将陶瓷表面进行金属化处理，使得瓷件带有金属性质，再用熔点比母材低的钎料将金属化后的瓷件与金属进行连接。
其核心思路是将陶瓷与金属的封接转变为金属与金属的封接，从而降低工艺难度。
步骤：包括清洗、涂膏、金属化、镀镍、装架和钎焊等步骤。
在金属化过程中，陶瓷表面会涂上一层金属粉末，并在高温下烧结形成涂层。
随后，通过钎焊将金属化的陶瓷与金属连接起来。
注意事项：在烧结金属粉末法工艺中，最大的问题是钎料无法润湿陶瓷表面，这可能会阻碍后续的金属与陶瓷的封接过程。
为了解决这个问题，科学家们尝试了多种方法，如预金属化采取活化Mo-Mn法、二次金属化采取镀Ni处理，并使用Ag72Cu28钎料在800℃左右温度下进行钎焊。
2、陶瓷基板直接覆铜法（DBC）原理：基于Al2O3陶瓷基板的一种金属化技术。
具体过程是将陶瓷基板与无氧铜置于高温和一定的氧分压条件下，使Cu表面氧化生成一层Cu2O共晶液相薄层，润湿Al2O3陶瓷和Cu。
当加热温度高于共晶温度且低于Cu熔化温度时，液相中Cu2O与Al2O3发生化学反应，在铜与陶瓷之间形成一层很薄的过渡层，实现金属与陶瓷的连接。
应用：AlN陶瓷基板敷铜是基于DBC工艺发展起来的，具有更高的导热性和优良的电绝缘性，广泛应用在新型的半导体封装材料上。
3、钎焊连接原理：利用陶瓷/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发生化学反应，形成稳定的反应梯度层，将两种材料结合在一起。
特点：钎焊连接是一种常用的陶瓷与金属连接方法，具有工艺简单、成本低廉等优点。
但需要注意的是，由于陶瓷与金属的热膨胀系数差异较大，钎焊过程中可能会产生较大的热应力，导致焊接接头开裂。
4、固相压力扩散焊原理：在较高温度和一定外力作用下，使陶瓷-金属表面紧密接触，金属母材发生一定的塑性变形，便于原子的扩散，促使两种材料结合在一起。
特点：固相压力扩散焊能够形成高质量的焊接接头，但设备投资较大，且对焊接工艺要求较高。
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-金属封装技术
陶瓷-金属封装技术
陶瓷-金属封装技术是一种将陶瓷和金属材料结合在一起，用
于封装电子元器件的技术。
该技术的主要目的是提供更好的电热性能、耐热性和机械强度，以满足高功率电子元器件的需求。
陶瓷-金属封装技术的主要步骤包括：
1. 材料准备：选取适合的陶瓷和金属材料，并进行加工和处理，以获得符合要求的形状和性能。
2. 材料组装：将陶瓷和金属部件进行组装，通常采用焊接、钎焊或黏合等方式进行。
3. 密封封装：通过包封或焊接等工艺，将组装好的陶瓷-金属
结构封装起来，形成一个完整的电子元器件。
4. 电性测试：对封装好的元器件进行电性能测试，以确保其符合设计要求。
5. 最终组装：将封装好的陶瓷-金属元器件和其他电子组件进
行最终组装，以完成目标产品。
陶瓷-金属封装技术主要应用于高功率电子元器件，如功率模块、散热器和射频电路等。
其主要优点包括高热传导性能、良好的机械强度、优异的电绝缘性能和耐高温性能。
总的来说，陶瓷-金属封装技术是一种重要的封装技术，能够
满足高功率电子元器件对性能和可靠性的要求，推动了电子技术的发展。
陶瓷金属封接强度试验
陶瓷金属封接强度试验引言：陶瓷金属封接是一种重要的材料连接方式，广泛应用于航空航天、电子、化工等领域。
封接强度是评价陶瓷金属封接性能的重要指标之一。
本文将介绍陶瓷金属封接强度试验的原理、方法和应用。
一、原理陶瓷金属封接强度试验是通过施加外力，测试陶瓷和金属之间的结合强度。
在试验中，将陶瓷和金属样品制备成相应的尺寸和形状，然后将它们连接在一起。
通过施加拉伸、剪切或扭转等载荷，测量封接处的应力和变形，进而计算封接强度。
二、方法1. 样品制备：选择合适的陶瓷和金属材料，根据试验要求制备成指定形状的样品，保证封接面的光洁度和平整度。
2. 封接装置：选择适当的封接装置，如夹具、试验机等，用于施加加载和测量封接强度。
3. 载荷施加：根据试验要求，选择合适的载荷方式和速率。
常用的载荷方式有拉伸、剪切和扭转等，可以根据具体情况进行选择。
4. 测量和记录：在载荷施加的过程中，通过传感器和测量仪器，实时测量封接处的应力和变形，并记录下来。
5. 数据处理：根据测量得到的数据，计算封接强度和其他相关参数。
可以采用数值计算方法，如有限元分析等，对封接过程进行模拟和优化。
三、应用陶瓷金属封接强度试验在工程领域有着广泛的应用。
以下是几个常见的应用场景：1. 航空航天领域：陶瓷金属封接被广泛应用于航空航天器件的制造中，如发动机零件、热障涂层等。
封接强度试验可以评估封接的可靠性和耐久性，确保航空航天器件在复杂工况下的安全运行。
2. 电子领域：陶瓷金属封接在电子器件的封装中扮演重要角色，如集成电路封装、传感器封装等。
封接强度试验可以验证封装的可靠性和密封性，保护电子器件免受外界环境的影响。
3. 化工领域：陶瓷金属封接在化工设备的制造和维修中得到广泛应用，如化工阀门、管道接头等。
封接强度试验可以评估封接的耐腐蚀性和耐高温性，确保化工设备的安全运行。
结论：陶瓷金属封接强度试验是评价陶瓷金属封接性能的重要手段。
通过合理的试验设计和数据处理，可以得到封接强度和相关参数，为工程实践提供有效的参考。
特种陶瓷 课件 4章 陶瓷的金属化与封接(2009.11.13)
通过独特的物理和化学特性，特种陶瓷在工业领域中扮演着重要角色。本章 将深入探讨陶瓷的金属化与封接过程以及它们在实际中的应用。
特种陶瓷的介绍
特种陶瓷是一种具备特殊功能和性能的陶瓷材料，广泛用于高温、高压、耐 腐蚀和绝缘等特殊环境中的各种工程应用。
金属与陶瓷的结合可以充分发挥两者的优势，如金属的导电性和强韧性与陶 瓷的耐高温和耐腐蚀性的结合，常见的金属与陶瓷的结合方式包括焊接、铆 接和粘接等。
封接技术的应用
封接技术在许多领域中有广泛的应用，如电子封装、飞机发动机部件、航天器材等。优化的封接过程可以提高 产品的性能和可靠性。
特种陶瓷的发展趋势
特种陶瓷领域正朝着更高性能、更复杂结构和更广泛应用的方向发展。未来 的发展趋势包括功能性陶瓷材论和总结
陶瓷的金属化与封接技术为特种陶瓷的应用拓展了新的可能性。通过不断创 新和发展，特种陶瓷将继续在各个领域中发挥重要作用。
陶瓷的金属化
金属化是将陶瓷表面涂覆上一层金属材料，以提供导电性、增强耐磨性和改 善界面粘结等特性。常用的金属化方法包括热蒸镀、喷涂、浸涂和电镀。
陶瓷的封接
陶瓷的封接是将两个陶瓷部件或陶瓷与其他材料部件连接在一起，以实现更 复杂的结构和功能。常见的封接技术包括焊接、粘接和烧结封接等。
金属与陶瓷的结合
8加工与封接
研究热点和结果
1) 活性金属钎焊
金属与金属钎焊时所使用的Cu、Ag等合金的钎焊
材料，对几乎所有的陶瓷都不润湿。一般是在对陶 瓷进行钎焊之前将陶瓷表面做金属化处理，或者是 在钎焊材料中加入Ti、Zr等活性金属，以改善其对 陶瓷的润湿性，使得钎焊可以一次完成。首先，对
添加了B和C的SiC烧结体用Ag-Cu-2%Ti
方法特点及应用范围
钛 银 Ti 3 ～ 12%, 余 800 ～ 合金硬脆,焊料流散性不易控制. 铜法 为Ag-Cu共晶 850 适用于大尺寸件(<500℃)
钛 镍 Ni: 28.5%, 955 ～ 合金硬脆 , 熔点高 , 蒸气压低 , 可 法 Ti:71.5% 1100 用于高温.适用于圆形小尺寸 锆 银 Zr:5～15%, Ag: 1050 注意金属锆的爆炸,对气氛要求 法 85～95% 左右 低. 适用于氧化铝陶瓷
钛 铜 Ti:28%, 法 Cu:72%
875 ～ 910 钛 银 Ti:15, Ag:85% 900 ～ 法 1000 钛 铅 Ti:1.5 ～ 5%, 520 ～ 法 Pb:95～98.5% 560
焊料流散性易控 , 蒸气压低 , 可 用于高温.宜封接大尺寸铜件 润湿性 , 封接强度 , 焊料蒸气压 等方面都差.较少使用 合金柔软 , 封接应力小 , 宜于铜 件封接.工件温度需<250℃
工艺参数例
使用一定形状的装架模，以保证
陶瓷与金属间的尺寸距离和同心 度 封接温度视焊料而定 压力约为50～1000Pa 升温速度不宜过快。
2) 活性合金法
银、铜等或其它合金的硬焊料，在高温 下生成活性合金。这种活性合金润湿陶 瓷和金属件，并与它们发生作用，从而 形成陶瓷与金属间的气密连接。
精密陶瓷金属封接
精密陶瓷金属封接
精密陶瓷金属封接是一种将陶瓷与金属紧密结合的技术。
这种技术广泛应用于高精度仪器、航空航天、电子元件等领域。
精密陶瓷具有高硬度、耐磨性、耐高温、耐腐蚀等特点，而金属则具有良好的导电性和机械强度。
通过精密陶瓷金属封接，可以将二者的优点结合起来，实现更高的性能。
精密陶瓷金属封接的主要方法有两种：一种是采用金属化处理，即先在陶瓷表面涂上一层金属，再用焊接或钎焊等方法将其与金属连接起来；另一种是采用无金属化处理，即通过高温烧结等方法将陶瓷与金属直接结合起来。
精密陶瓷金属封接技术的难点在于如何保证陶瓷和金属之间的
紧密结合，以及如何解决不同材料的热膨胀系数不同所引起的热应力问题。
解决这些问题需要深入研究材料的物理和化学性质，以及掌握先进的加工和制备技术。
未来，精密陶瓷金属封接技术将在高端制造领域发挥越来越重要的作用，为制造业的发展带来新的突破。
- 1 -。
陶瓷-金属材料的封接工艺
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
陶瓷-金属材料的封接工艺
陶瓷-金属封接材料
陶瓷是用各种金属的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物为原料, 经适当配料、成形和高温烧结制得的一类无机非金属工程材料。
这类材料通常是由共价键、离子键、或混合键结合而成, 因之与金属相比, 具有许多独特的性能。
陶瓷材料的健合力强, 具有很高的弹性模量, 即刚度大; 硬度仅次于金刚石, 远高于其它材料的硬度; 强度理应高于金属材料, 但因成分、组织不如金属那样单纯, 且缺陷多, 实际强度要比金属低。
在室温下, 陶瓷几乎不具有塑性, 难以发生塑性变形, 加之气孔等缺陷的交互作用, 其内部某些局部很容易形成应力集中而又难以消除, 因而冲击韧度和断裂韧度降低, 脆性大, 对裂纹、冲击应力、表面损伤特别敏感, 容易发生低应力脆性断裂破坏。
陶瓷的熔点高, 且在高温(1000℃以上) 能保持其高温强度和抗氧化的能力。
导热性低, 热膨胀系数小, 耐急冷、急热性能差, 温度的剧烈变化, 很容易使其发生破裂。
陶瓷的组织结构稳定, 不易氧化, 对酸、碱、盐的腐蚀也有很好的抗力。
另外, 陶瓷晶体中没有自由电子, 通常具有很好的绝缘性。
少数陶瓷具有半导体性质。
某些陶瓷具有特殊的光学性能, 如用作固体激光材料、光导纤维、光贮存材料等。
陶瓷-金属封接材料的选用原则如下:
①所选用的陶瓷、金属、钎料在室温到略高于使用钎料熔点的范围内, 应具有相同或接近的热膨胀系数;
②在不匹配封接中, 要选择屈服极限低、塑性好、弹性模量低的金属材料作为封接金属和钎料;。
陶瓷与金属的连接方法
陶瓷与金属的连接方法陶瓷与金属的连接方法主要有：粘合剂粘接、机械连接、熔化焊、钎焊、固相扩散连接、自蔓延高温合成连接、瞬时液相连接等连接方法。
将陶瓷与金属连接起来制成复合构件，可充分发挥两种材料的性能优点，对于改善结构件内部应力分布状态、降低制造成本、拓宽陶瓷材料的应用范围具有特别重要的意义。
1、粘合剂粘接：是利用胶粘剂将陶瓷与金属连接在一起，主要应用于飞机的应急修理、炮弹与导弹的辅助件连接、涡轮和压缩机转子的修复等处。
尽管粘接连接可以一定程度缓解陶瓷与金属间的热应力且工艺简单、效率高，但接头强度通常小于100MPa，使用温度一般低于200℃，大多用于静载荷和超低静载荷零件。
2、机械连接：机械连接是一种借助结构设计的连接方法，有螺栓连接和热套连接两种。
机械连接由于方便已经在部分增压转子与金属的连接中应用。
热套连接获得的接头具有一定的气密性，但仅限于低温使用，且这种接头具有较大的残余应力。
3、钎焊连接：钎焊是最常用的连接陶瓷与金属的方法之一，它是以熔点比母材低的材料做钎料，加热到略高于钎料熔点的温度，利用熔化的液态钎料润湿被连接材料表面，从而填充接头间隙，通过母材与钎料间元素的互扩散实现连接。
包括直接钎焊和间接钎焊。
4、固相扩散连接：是将被连接材料置于真空或惰性气氛中，使其在高温和压力作用下局部发生塑性变形，通过原子间的互扩散或化学反应形成反应层，实现可靠连接。
按连接方式，可分为直接扩散连接和间接扩散连接。
固相扩散连接适用于各种陶瓷与金属的连接，相对于钎焊连接，其具有连接强度高，接头质量稳定、耐腐蚀性能好，可实现大面积连接，且接头不存在低熔点钎料金属或合金，能够获得耐高温接头等优点。
5、熔化焊：采用高能束具有加热和冷却速度快的优点，能在陶瓷不熔化的条件下使金属熔化，形成连接。
熔化焊连接陶瓷和金属主要包括激光焊和电子束焊接。
此法能获得高温下稳定的接头，但是需要对被连接材料进行预热和缓冷，而且陶瓷与金属组配相对困难，连接工艺参数难以控制，设备造价昂贵。
陶瓷烧结金属
陶瓷烧结金属
陶瓷烧结金属是一种将金属与陶瓷粉末通过高温烧结工艺结合的材料，这种材料通常具有金属和陶瓷的优良特性。
以下是一些关键点：
1. 种类与温度：不同种类的金属陶瓷，其烧结温度有所不同。
例如，WC-Co（钨碳化物-钴）系列材料的烧结温度一般在1380~1480℃，而WC-Ti-Co（钨碳化物-钛-钴）系列的烧结温度则在1480~1560℃范围内。
2. 烧结工艺：金属陶瓷材料的烧结工艺主要包括两个步骤，即压制和烧成。
首先，需要将金属与陶瓷粉末按一定比例混合，并加入有机粘结剂，然后通过压制成形为所需坯体。
之后，坯体被置于高温炉中进行烧结，此时有机粘结剂会被燃烧掉，原材料颗粒间发生扩散反应并形成结晶颗粒，从而实现颗粒间的结合。
3. 性能影响：烧结工艺对金属陶瓷材料的性能有着重要的影响。
优化烧结工艺参数和控制可以获得具有优良性能的金属陶瓷材料。
因此，未来的研究方向可能会集中在探索新的烧结助剂和添加物，提高烧结效率和可控性，以满足不同领域对这类材料的需求。
4. 应用领域：金属陶瓷材料因其独特的性质，如硬度高、耐磨耗、耐腐蚀等，广泛应用于切削工具、磨具、耐腐蚀部件等领域。
5. 发展方向：随着新材料技术的发展，金属陶瓷的研究也在不
断进步。
研究人员正努力深入理解烧结机理和材料结构，以便更好地设计和制备出性能更优的金属陶瓷材料。
陶瓷烧结金属材料是一个多学科交叉的领域，涉及材料科学、化学、物理学等多个学科的知识。
金属与陶瓷封装工艺
金属与陶瓷封装工艺引言：金属与陶瓷封装工艺是电子元器件封装领域中常见的两种封装方式。
金属封装工艺主要通过金属材料构成封装外壳，陶瓷封装工艺则采用陶瓷材料作为封装外壳。
本文将分别介绍金属与陶瓷封装工艺的特点、应用领域以及制造流程。
一、金属封装工艺金属封装工艺是一种常见且广泛应用的封装方式。
其主要特点如下：1. 外壳材料：金属封装工艺使用金属材料作为封装外壳，常见的金属材料有铝、铜、钢等。
2. 导热性能：金属材料具有良好的导热性能，能够有效散热，提高元器件的稳定性和可靠性。
3. 机械强度：金属材料具有较高的机械强度，能够保护内部元器件免受外界环境的影响。
4. 制造工艺：金属封装工艺相对简单，制造成本较低，适用于大规模生产。
金属封装工艺广泛应用于电子行业，特别是集成电路、传感器和功率模块等领域。
其制造流程一般包括以下几个步骤：1. 材料准备：选择合适的金属材料，并进行切割、成型等加工。
2. 外壳设计：根据元器件的尺寸和形状要求，设计合适的外壳结构。
3. 外壳制造：通过冲压、焊接、折弯等方式，将金属材料制造成外壳。
4. 内部组装：将电路板和其他元器件安装到外壳内部，并进行焊接、连接等工艺。
5. 封装测试：对封装后的元器件进行性能测试，确保质量合格。
二、陶瓷封装工艺陶瓷封装工艺是另一种常见的封装方式，其主要特点如下：1. 外壳材料：陶瓷封装工艺使用陶瓷材料作为封装外壳，常见的陶瓷材料有氧化铝、氮化硅等。
2. 绝缘性能：陶瓷材料具有良好的绝缘性能，能够有效隔离内部电路。
3. 耐高温性能：陶瓷材料具有较高的耐高温性能，能够适应高温环境下的工作要求。
4. 尺寸稳定性：陶瓷材料具有较好的尺寸稳定性，不易受温度和湿度等因素影响。
陶瓷封装工艺广泛应用于电子元器件中，特别是微波器件、传感器和高功率电子器件等领域。
其制造流程一般包括以下几个步骤：1. 材料准备：选择合适的陶瓷材料，并进行粉末制备、成型等加工。
2. 外壳设计：根据元器件的尺寸和形状要求，设计合适的陶瓷外壳结构。
陶瓷与金属的连接浅讲
四、结果分析与反思
钎焊接头的抗剪强度及断口分析
图5 钎焊接头断口形貌
断口表面较为平整，断裂发生于 钎缝，断裂方式为脆性断裂．
四、结果分析与反思
结论
( 1) 利用 Sn-0.3Ag-0.7Cu-4% Ti 金属化涂料在金属化温度 900 ℃、保 温 时 间 30 min 条 件 下 对Al2O3陶瓷进行金属化处理，得到结合良好的金 属化层; 金属化层基体为锡基固溶体，其中分布着大量块状 Ti6Sn5相． ( 2) 在连接温度 600 ℃ 、保温时间 5 min 条件下，Al2O3陶瓷 与铜钎缝 接头 的 界 面 结 构为 Cu /Cu3Sn( Ⅰ区) / Cu6Sn5( Ⅱ区) /Sn( s，s) + Ti6Sn5( Ⅲ区) /Al2O3陶瓷． ( 3) Al2O3陶瓷/铜间接钎焊接头的抗剪强度为13.6 MPa，接头的断裂形 式为脆性断裂，断裂发生在金属间化合物层．
钎焊装配示意图 钎焊时以10 ℃ / min 的速率升温至钎焊温 度600 ℃ ，保温时间5 min，然后以 10 ℃ / min 的速率降温至 200 ℃ ，炉冷至 室温．
PART FOUR
四、结果分析与反思
四、结果分析与反思
机械球磨对钎料的影响
说明经过机械球磨过程后， 金属化涂料中的钛以单质的形 式存在，未与钎料发生机械冶 金反应。
钎焊装配示意图
三、实验过程
实验流程图：
1、准备材料 3、陶瓷表面金属化 5、接头组织分析 与力学性能测试
2、制备Sn-0.3Ag0.7Cu-4Ti金属涂料
4、钎焊
三、实验过程
陶瓷表面金属化粉末铺展示意图 首先以 20℃ / min 的速率升温至 500 ℃ ， 保温时间 5 min，再以10 ℃ / min 的速 率升温至 900 ℃ ，保温 30 min，然后以 10 ℃ / min 的速率降温到 500 ℃ ，随炉 冷至室温．
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。
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二、结构材料与焊料
要获得和陶瓷的线膨胀系数相接近的金属或合金，有两个途径。一是 选用无磁的难熔金属及其合金，主要利用其熔点高，固有的线膨胀系数 小的特点。再就是利用铁磁物质的反常热膨胀，以降低基体的线膨胀系 数而获得定膨胀合金。
部分定膨胀合金的线膨胀系数及用途（10-6/℃）
无氧铜的化学成分
二、陶瓷与金属封接材料的分类
铜和陶瓷的线膨胀系数虽差很大，但由于铜的塑性良好，因此在某些 情况下，可以进行非匹配封接。
铜的主要参数
二、结构材料与焊料 2.3 焊料
适当的熔点。
焊 料 的 选 择
良好的浸润性和填缝性能。 能与母材发生作用， 形成一定强度的冶金结合。 具有稳定的均匀的组成。
二、结构材料与焊料
2.1定膨胀合金
定膨胀合金主要用于与陶瓷及玻璃封接。要获得气密封接元器件， 封接金属必须具有和陶瓷相近的线膨胀系数或一定的塑性。作为封接 的两种材料，其线膨胀系数相差越大，封接金属的塑性越差，则封接 面作附近的应力越大，封接件越易炸裂。因此，是否能获得高强度的 封接件，主要取决于两者的线膨胀系数的差别和封接金属的塑性。
能满足产品使用要求。
三、陶瓷与金属封接结构
膨胀系数匹配原则
低弹性模量原则
热导率接近原则
压应力原则
封 接 结 构 设 计 原 则
避免应力集中原则
过渡封接原则
刀口封接原则
挠性结构原则
减少应力原则
焊料优选原则
三、陶瓷与金属封接结构
平封
套封
封接结构 分类
针封
对封
四、陶瓷金属化
陶瓷金属化是在陶瓷表面牢固地粘附一层金属薄膜，使之实现陶瓷和金属 间的焊接。金属化所用原料及其配方是金属化的关键，不同陶瓷，配方也不 同。金属化粉的粒度要细，一般为2μm~3μm，主体是难熔金属Mo，活化剂 有MnO,SiO2,CaO,Al2O3等。添加MnO,SiO2,Al2O3的目的是提高金属化的强度。
2.1.3氧化铝陶瓷制作工艺流程
二、结构材料与焊料
2.1.4氧化铝陶瓷成型工艺
成型方法 干压成型 注浆成型 挤压成型 流延成型 注射成型 等静压成型 热压注成型 凝胶注模成型 优缺点 浆料含水3%~10%，仅限于形状单纯且内壁厚度超过 1mm，长度与直径之比不大于4∶1的物件，不适用于形状 复杂的制品的成型。 浆料含水30%~50%，收缩大，外观尺寸要求无法保证。 适合圆柱状制品，不适用复杂形状制品。 只能加工片状，不能加工形状复杂的制品。 生坯密度均匀，产品尺寸精确可控，公差可达1％以下，可 成型复杂形状的陶瓷异形件，但排蜡时间长，易造成坯体开 裂、变形和空洞等缺陷。 浆料含水3%~10%，收缩小，设备成本高，不适合加工小 件制品。 热压注压力0.3～0.5 MPa，注射成型压力130MPa。 工艺自动化程度较低，操作难度较大，固化可控性受到限 制，批次间的性能不能保证。
新能源
石油钻探
二、结构材料与焊料
陶瓷
1.Al2O3 2.BeO 3.BN 4.AlN
金属
1.可伐合金 2.无氧铜 3.不锈钢 4.低碳钢
焊料
1.Ag 2.Ag-Cu 3.Cu 4.Au-Cu 5.Au-Ni
二、结构材料与焊料 2.1 陶瓷材料 2.1.1定义 普通陶瓷： 又
称传统陶瓷。以 天然硅酸盐矿物 为主要原料，如 粘土、石英、长 石等。
二、结构材料与焊料
4J29、4J33、95%氧化铝陶瓷相对膨胀量与温度的关系
二、结构材料与焊料
2.2无氧铜
铜具有高的电导率和热导率、良好的可焊性、优良的塑性和延展性、 极好的冷加工性能且无磁性。含氧量是无氧铜最重要的性能之一，由于 氧和铜固溶量很小，无氧铜中的氧实际是以Cu2O形式存在。高温下氢以 很快的速度在铜中扩散，将Cu2O还原并产生大量的水蒸气。因而对氧含 量必须进行严格限制。
-4 6 -6 3
≥95 3.65 13.1 340 300 0.23 1400 7.8 22 200 15 4 9.2
氧化铝 ≥99 3.8 15 310 330 0.23 1750 8 28 200 15 2 9.8
≥99.7 3.9 17.1 370 350 0.23 1800 8 31 230 15 1 9.9
常用 Mo-Mn 法金属化配方
四、陶瓷金属化
玻璃相
1、玻璃相粘度； 2、玻璃相膨胀系数； 3、玻璃相润湿性；
02
影响 金属化质量 的因素
三要素： 温度、保温时间、气氛。 决定作用： 陶瓷配方、金属化配方。
01
陶瓷
1、Al2O3晶粒大小； 2、陶瓷中玻璃相； 3、陶瓷表面状态。
03
金属化涂层
1、Mo粉烧结； 2、Mo在金属化层中比 例； 3、Mo粉粗细； 4、金属化涂层厚度； 5、涂层平整度。
陶瓷与金属封接基础知识
Contents
一、陶瓷与金属封接概述 二、结构材料与焊料 三、陶瓷与金属封接结构 四、陶瓷金属化
领导指示事项
六、封接质量检测
一、陶瓷与金属封接概述
发展
陶瓷与金属封接技术开端于二十世纪三十年代，德国 首先将陶瓷金属化工艺应用到电子管外壳的封接上去。直 到五十年代，由于Mo-Mn 金属化工艺的出现，封接技术 才进入了迅速发展时期，随着封接工艺的成熟及封接机理 研究的逐步深入，进一步促进了封接技术的发展。
日用陶瓷 建筑陶瓷 普通陶瓷 陶 瓷 材 料 分 类 特种陶瓷 电气绝缘陶瓷 化工陶瓷 多孔陶瓷 氧化物陶瓷（Al2O3、BeO） 氮化物陶瓷（Si3N4、BN） 碳化物陶瓷（SiC 、ZrC） 金属陶瓷（WC-Co硬质合金）
特种陶瓷： 以
纯度较高的人工 合成化合物为主 要原料。
二、结构材料与焊料
金属化工艺
1、温度； 2、保温时间； 3、气氛。
05
04
钎焊工艺对金属化层影响
1、焊料对金属化层浸蚀及二次 金属化； 2、钎焊过程中界面玻璃相析晶。
五、封接质量检测
万能试验测试机
氦质谱检测仪
拉力测试
密封性测试
测试手段
绝缘电阻测试仪
绝缘电阻
介质耐压
介质耐压测试仪
2.1.2氧化铝陶瓷组成成分
1 2 3 4 5 6 7 8 85% 90% 92% 95% 96% 97% 98% 99% 名称 氧化铝瓷 氧化铝瓷 氧化铝瓷 氧化铝瓷 氧化铝瓷 氧化铝瓷 氧化铝瓷 氧化铝瓷 Al2O3 85 90.08 92.7 94.58 96.64 96.98 98.49 99.9 SiO2 7.57 5.92 3.79 3.55 1.3 1.22 1,97 化学成分 CaO 1.09 0.5 0.84 0.12 0.87 0.92 0.02 （%） MgO 2.43 1 0.61 0.92 0.03 0.03 0.02 Fe2O3 0.07 K2O 0.05 0.01 Na2O 0.53 0.01 编号
优势
陶瓷与金属封接件具有耐高温、绝缘性能好、机械强 度高、高气密性等一系列优点。陶瓷还具有很强的防腐蚀 能力，适用于恶劣的环境。陶瓷与金属封接技术指标可达 到：绝缘电阻≥30000MΩ、介质耐电压≥1500Vr.m.s、 气密性可达到10－3Pa· cm3/s。
一、陶瓷与金属封接概述
ห้องสมุดไป่ตู้半导体
宇航
陶瓷金属 应用
二、结构材料与焊料
2.1.5氧化铝技术参数
技术参数 含量 密度 硬度 挠曲强度 弹性模量 泊松比 最高使用温度 热膨胀系数 热传导率 抗热震性 介电强度 介电损耗角 介电常数 单位 % G/cm GPa MPa≥ GPa ℃ ×10 /℃ (40～800℃) W/n· k (20℃) ℃ ×10 V/m ×10