陶瓷与金属的连接方法
【精品文章】简述陶瓷材料与金属材料的连接工艺
简述陶瓷材料与金属材料的连接工艺
特种陶瓷材料虽然具有优异的绝缘(大部分陶瓷)、耐高温、抗腐蚀性能及耐磨性能，但其脆性大，加工性能很差难以制备出大型或者是形状复杂的结构件。
金属材料具有优良的室温强度、韧性、导电性和导热性，与陶瓷材料在性能上形成了一种明显的互补关系。
使用连接技术将两种材料可靠的结合起来，就可以充分利用各自的优良性能，制造出满足要求的复杂构件。
贴片式陶瓷气体放电三极管--电源保护、信号保护等
一、陶瓷与金属连接的特点与难点
但由于陶瓷材料与金属材料化学键结构根本不同，加上陶瓷本身特殊的物理化学性能，因此无论是与金属连接还是陶瓷自身的连接都存在不少的难题。
其主要体现在如下两个问题，其一：陶瓷材料主要由离子键和共价键组成，金属材料则主要是由金属键构成，二者几乎不浸润，因此需要考虑陶瓷与金属材料的润湿性问题，其二：两者的线膨胀系数一般相差较大，当采用热封或者机械连接时，陶瓷与金属的接头处会有较大的应力残留，削弱接头的力学性能甚至使接头受到破坏开裂，因此需考虑结头处的热应力缓解问题。
二、陶瓷与金属的连接方法
随着陶瓷材料的发展，人们也不断的探索可靠的陶瓷与金属的连接方法来提高先进陶瓷材料的应用范围，下文将为大家简单介绍一些的陶瓷与金属的连接技术。
陶瓷与金属的焊接技术
陶瓷与金属的焊接技术王仲礼山东济南山东轻工业学院(250100) 摘要 陶瓷与金属的焊接是扩大陶瓷应用领域的关键技术之一。
本文介绍了陶瓷与金属焊接的技术方法及其最新进展,阐述了陶瓷与金属焊接技术的应用前景。
关键词 陶瓷 金属 焊接技术 近几年发展起来的高性能陶瓷具有金属材料无法比拟的耐热、耐腐蚀、耐磨等优良性能,其应用范围日益扩大。
但陶瓷的塑性较差,难以制作复杂结构件,且冷加工困难。
因此,在许多场合下,陶瓷材料不能单独使用,而是同其它类型的材料(如金属材料)组合在一起,以连接体的形式使用,更好地发挥陶瓷作为结构材料及电绝缘材料的优越性能。
为此,提供牢固而可靠的连接技术是十分必要的,这一领域已成为当今世界各国研究的热点课题。
大部分陶瓷性脆质硬,熔点比金属的高,其线膨胀系数与金属的相差较大,使焊后接头中的残余应力很高。
加之陶瓷与金属的相容性差,因此金属与陶瓷的焊接性很差,用电弧焊或电阻焊不能获得满意的焊接接头,粘接和机械连接的应用范围也很小,生产中通常采用钎焊和扩散焊。
随着研究的不断深入,又出现了许多新方法。
1 工业上陶瓷与金属焊接的方法111 钎焊钎焊可分为两步法钎焊和一步法钎焊。
两步法是先在陶瓷表面预金属化,然后再进行钎焊,关键是陶瓷表面的预金属化,目前有如下方法:(1)M n 2M o 法。
将M nO 2与M o 的粉末(颗粒大小约1～2Λm )用粘接剂粘到陶瓷表面,随后在1000～1800℃的氮或氢气氛中烧结,在表面形成玻璃相,并且部分金属氧化物得到还原,产生金属表面层。
然后在预金属化的表面涂一层金属(一般涂镍)。
(2)使用活性金属及难熔金属盐,将金属盐如碳酸银等涂在陶瓷表面,最终还原成金属。
(3)PVD 法。
通常在真空中于陶瓷表面镀上一层钛,再用银铜钎料(如A g 230Cu 210Sn )将镀钛的陶瓷与金属钎焊起来。
这种方法也称为活化基材法(A SP 法)。
(4)CVD 法。
使用化学方法在陶瓷表面沉积一层钛,然后用银铜钎料将镀钛的陶瓷与金属钎焊起来,这也是A SP 法的一种。
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。
简述金瓷结合的机制
简述金瓷结合的机制金瓷结合是一种常见的金属陶瓷结合方法，广泛应用于工程领域。
其机制包括物理机制和化学机制两个方面。
物理机制：金瓷结合的物理机制主要是通过金属的熔化渗透和冷凝，将金属和陶瓷牢固地结合在一起。
具体过程如下：1.表面处理：首先，在陶瓷表面进行去污、喷砂或电化学抛光等处理，以提高其表面的粗糙度和活性，增加与金属的接触面积。
2.金属涂敷：将金属层涂敷在陶瓷表面，常用的金属包括钛、铝、铜、镍等。
金属涂敷可以通过电化学、物理气相沉积、热蒸发等方法来实现。
3.加热烧结：将涂敷有金属层的陶瓷进行高温加热处理。
在加热过程中，金属层熔化并渗透到陶瓷内部，与陶瓷形成金属-陶瓷界面。
4.冷凝固化：金属在陶瓷内部冷却凝固后，形成金属颗粒和陶瓷颗粒之间的金属-陶瓷界面，实现金属与陶瓷的结合。
化学机制：金瓷结合的化学机制主要是通过金属与陶瓷之间的化学反应，形成金属-陶瓷界面。
具体机制如下：1.化学反应：金属表面的原子或离子与陶瓷表面的原子或离子发生化学反应，形成新的化合物或溶解析出的物质，从而改变金属与陶瓷的界面性质。
2.扩散：在加热过程中，金属和陶瓷之间发生原子扩散，使化合物的生成面积扩大，增强金属与陶瓷的结合强度。
3.金属-陶瓷界面的形成：在化学反应和扩散的作用下，金属和陶瓷之间形成均匀的界面，界面上有金属的形成区、反应区和扩散区，形成金属颗粒和陶瓷颗粒之间的结合。
综上所述，金瓷结合的机制包括物理机制和化学机制两个方面。
物理机制主要是通过金属的熔化渗透和冷凝，将金属和陶瓷结合在一起；而化学机制则是通过金属和陶瓷之间的化学反应和原子扩散，形成金属-陶瓷界面。
这种结合机制使金属和陶瓷之间形成牢固的结合，提高了材料的强度和耐磨性，广泛应用于工程领域。
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。
陶瓷与金属的焊接方法大全，深度解析，值得收藏
陶瓷与⾦属的焊接⽅法⼤全，深度解析，值得收藏 Ti(C，N)基⾦属陶瓷是⼀种颗粒型复合材料，是在TiC基⾦属陶瓷的基础上发展起来的新型⾦属陶瓷。
Ti(C，N)基⾦属陶瓷具有⾼硬度、耐磨、耐氧化、耐腐蚀等⼀系列优良综合性能，在加⼯中显⽰出较⾼的红硬性和强度，它在相同硬度时耐磨性⾼于WC Co硬质合⾦，⽽其密度却只有硬质合⾦的1/2。
因此，Ti(C，N)基⾦属陶瓷⼑具在许多加⼯场合下可成功地取代WC基硬质合⾦⽽被⼴泛⽤作⼯具材料，填补了WC基硬质合⾦和Al2O3陶瓷⼑具材料之间的空⽩。
我国⾦属钴资源较为贫乏，⽽作为⼀种战略性贵重⾦属，近年来钴的价格持续上扬，因此，Ti(C，N)基⾦属陶瓷⼑具材料的研制开发和⼴泛应⽤，不仅可推动我国硬质合⾦材料的升级换代，⽽且在提⾼国家资源保障程度⽅⾯也具有重要的意义。
常⽤的连接陶瓷与⾦属的焊接⽅法有真空电⼦束焊、激光焊、真空扩散焊和钎焊等。
在这些连接⽅法中，钎焊、扩散焊连接⽅法⽐较成熟、应⽤较⼴泛，过渡液相连接等新的连接⽅法和⼯艺正在研究开发中。
本⽂在总结各种陶瓷与⾦属焊接⽅法的基础上，对⾦属陶瓷与⾦属的焊接技术进⾏初步探讨，在介绍各种适⽤于⾦属陶瓷与⾦属焊接技术⽅法的同时，指出其优缺点和有待研究解决的问题，以期推动⾦属陶瓷与⾦属焊接技术的研究，进⽽推⼴这种先进⼯具材料在⼯业领域的应⽤。
1 熔化焊 熔化焊是应⽤最⼴泛的焊接⽅法，该⽅法利⽤⼀定的热源，使连接部位局部熔化成液体，然后再冷却结晶成⼀体。
焊接热源有电弧、激光束和电⼦束等。
⽬前Ti(C，N)基⾦属陶瓷熔化焊主要存在以下两个问题有待解决：⼀是随着熔化温度的升⾼，流动性降低，有可能促进基体和增强相之间化学反应(界⾯反应)的发⽣，降低了焊接接头的强度；另⼀问题是缺乏专门研制的⾦属陶瓷熔化焊填充材料。
1) 电弧焊 电弧焊是熔化焊中⽬前应⽤最⼴泛的⼀种焊接⽅法。
其优点是应⽤灵活、⽅便、适⽤性强，⽽且设备简单。
但该⽅法对陶瓷与⾦属进⾏焊接时极易引起基体和增强相之间的化学反应(界⾯反应)。
介绍陶瓷材料能与金属快速连接的方法
介绍陶瓷材料能与金属快速连接的方法介绍这种方法的目的是：为克服锂离子电池固体电解质与电极材料之间接触电阻较大的可参考的加工方法之一，当然并不是说就是推荐采纳这一方案。
采用健合工艺，来解决离子导电材料ZrO2与金属铝的快速连接问题。
阳极健合工艺是作为陶瓷／金属在静电场中固相扩散连接的一种特殊方法，具有低温、快速和简便的工艺特点，适用于微型仪表、传感器、燃料电池及其它微电子机械系统。
功能陶瓷与金属的快速连接，对于性能相异的材料组合及微电子器件的制备有着重要的意义。
ZrO2是氧离子型离子导电陶瓷，优点是具有耐高温和导电率高等优点，是燃料电池和化学传感器的理想材料。
但是缺点是容易在高温下由单斜晶形转变为四方晶体，因此而产生裂纹。
一般通过在原料中加入与Zr4＋有相似半径元素的氧化物，形成置换固溶体以避免开裂。
因为ZrO2具有耐高温化学稳定性，经过高温真空烧结成的ZrO2材料表面致密度大，不利于电场条件下扩散条件的连接，这里的加工方法有利于研究了陶瓷／金属的结合原理及连接工艺。
方法：使用Y2O3稳定的ZrO2。
用Y2O3增韧的ZrO2改善了陶瓷原有的韧性差和抗热震性能差的缺点。
这时使用的ZrO2材料采用真空烧结法制备，热膨胀系数为5.1×10－6／K。
配方组成：（重量比）ZrO2 90%，Y2O3 3-5%，MgO 3-5%表面活化采用真空磁控濺射薄膜工艺，然后把ZrO2表面抛光后采用JGP560V型高真空磁控溅射机溅镀SiO2薄膜。
溅射用靶材为石英玻璃，磁场频率为13.56Hz，Ar分压3×10－5Pa，工作真空度6×10－6Pa，健合时间为10min。
让ZrO2表面形成1.5～2μm厚度的SiO2薄膜。
表面粗糙度Re＝0.1μm。
工作方法：把材料切成20mm×20mm的方形，连接表面采用金刚砂进行研磨和机械抛光，表面粗糙度Re≤0.1μm。
焊接之前用丙酮清洗。
所用铝箔材料为：厚度0.02mm，纯度为99.997%的产品。
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。
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陶瓷与金属的连接
间接钎焊
间接钎焊是先将陶瓷表面进行金 属化，再利用常规钎料进行钎焊
连接，因而又称两步法钎焊。陶
瓷表面与金属化的目的就是解决 钎料在陶瓷表面润湿性差的问题。
课题的主要问题
钎料优选 界面结构分析 力学性能优化 样件焊接
陶瓷与金属的连接
焊接系
曹健
陶瓷/金属接头的应用
Si3N4涡轮增压
陶瓷与金属连接的主要问题
陶瓷与金属化学键结构的根本不同以及陶瓷本身特殊的物理 化学性质决定了陶瓷与金属的焊接存在以下的特点和难点： 陶瓷通常很难被熔化的金属润湿； 陶瓷与绝大多数金属的热胀系数差大, 通过加热连接陶瓷与金 属时, 接头中易产生残余应力, 削弱了接头的力学性能； 陶瓷热导率低, 耐热冲击能力弱, 集中加热易产生裂纹,故应减 小焊接区域的温度梯度, 并控制加热和冷却速度； 陶瓷导电性很差或基本不导电, 很难采用电焊方法连接； 陶瓷与金属结合界面存在原子结构能级的差异，扩散层或反 应层结构对接头性能影响严重。 归结为两个关键问题：一是改善金属在陶瓷表面的润湿；二 是缓解焊接接头的残余应力。
陶瓷连接常用方法 —— 钎焊
钎焊是最常用的连接陶瓷自身及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。
直接钎焊
直接钎焊又叫活性金属钎焊法， 是在钎料中加入活性元素，通 过化学反应在陶瓷表面形成反 应层，以提高钎料在陶瓷表面 的润湿性。这些活性元素通常 包括Ti、Zr、Hf、V、Ta、Nb、 Cr等，如Ag-Cu-Ti钎料就是在 Ag-Cu 共晶钎料中加入活性元 素 Ti，显著提高了钎料的润湿 能力。
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,以及常见焊接方法随着现代工业的不断发展，陶瓷及金属焊接技术得到了广泛应用。
但由于陶瓷和金属的物理性质差异较大，陶瓷与金属焊接存在一定的技术难点。
首先，陶瓷与金属的热膨胀系数差异很大。
当陶瓷遭受高温时，会发生强烈的膨胀，而金属则不会有太大的变形。
这种差异造成了焊缝的应力，容易导致焊接区域发生破裂。
其次，陶瓷与金属的表面性质不同。
陶瓷表面光滑、致密、硬度高，而金属表面粗糙，容易生锈。
这也对焊接工艺提出了要求。
针对这些难点，焊接技术领域提出了一些解决方案。
首先，可以在陶瓷和金属之间加入适当的中间介质，如夹层、粉末等，以缓解温度和热膨胀系数的差异。
此外，还可以采用特殊的焊接工艺、材料和设备，以确保焊接接头的质量。
常见的陶瓷与金属焊接方法包括以下几种：1. 烙铁焊接法。
这种方法适用于小型零件的焊接，使用烙铁进行焊接，需要熔化金属焊料，将陶瓷和金属固定在一起。
2. 电弧焊接法。
这种方法较为常见，可以使用钨极等设备进行。
通过电弧产生高温，熔化金属焊料，将陶瓷和金属固定在一起。
3. 激光焊接法。
这种方法适用于精密零件的焊接，使用激光束进行焊接。
激光高能密度的特点使得焊接时间短，对焊接接头的影响较小。
4. 熔体反应焊接法。
这种方法是将陶瓷和金属直接进行化学反应，生成中间相，使其结合在一起。
这种方法的焊接强度高，但需要控制好反应条件，否则容易导致焊缝不牢固。
总之，陶瓷与金属的焊接技术虽然存在一定的难点，但随着技术的不断发展，已经有了一些较为成熟的解决方案和常见的焊接方法。
简述金瓷结合的机制
简述金瓷结合的机制金瓷结合是一种焊接工艺，它是通过在金属表面涂上一层金属陶瓷复合材料，然后在高温下烧结，将陶瓷与金属紧密结合在一起。
金瓷结合技术主要用于各种金属材料与陶瓷材料的连接，广泛应用于工程结构、航空航天、汽车制造、医疗设备等领域。
金瓷结合是一种可靠的连接技术，它具有以下优点：1.结合强度高：金瓷结合具有很高的结合强度，因为在烧结过程中，金属和陶瓷可以互相渗透形成金属陶瓷结合层，从而提高了结合的强度和可靠性。
2.耐高温性好：金瓷结合材料可以在高温环境下使用，具有良好的耐热性和抗热震性能，不易破裂或脱落。
3.耐腐蚀性好：金瓷结合材料具有很好的耐腐蚀性，能够抵御许多酸性和碱性介质的侵蚀。
4.结构简单：金瓷结合工艺简单，加工过程中无需额外操作，提高了生产效率和降低了成本。
5.可实现多种材料的连接：金瓷结合技术可以连接不同材料的金属和陶瓷，使得材料的选择更加灵活多样。
金瓷结合的机制如下：1.表面处理：首先，金属表面需要进行处理，以去除氧化膜和其他污染物，并增加表面粗糙度，以提高结合性能。
常用的表面处理方法包括研磨、抛光、酸洗等。
2.涂覆金属陶瓷复合材料：在金属表面上喷涂一层金属陶瓷复合材料，通常是采用喷涂、堆焊、热喷涂等方法将金属陶瓷粉末喷射到金属表面。
金属陶瓷复合材料一般由金属粉和陶瓷粉按一定比例混合制成，具有较高的烧结活性和机械性能。
3.烧结过程：将喷涂的金属陶瓷复合材料与金属基材一起在高温下进行烧结。
在高温下，金属粉和陶瓷粉之间会发生相互反应和扩散，形成金属陶瓷结合层。
烧结温度和时间一般根据金属和陶瓷的特性以及结合要求来确定。
4.冷却和加工：烧结完成后，陶瓷与金属紧密结合，形成金瓷薄层。
然后，冷却金瓷结合的物体，并根据需求进行后续加工和检测。
需要注意的是，金瓷结合的成功与否和结合剂的选择和质量有很大关系。
常用的金属陶瓷复合材料包括金属-氧化物复合材料、金属-碳化物复合材料、金属-硼化物复合材料等。
陶瓷与金属的焊接技术
陶瓷与金属的焊接技术王仲礼山东济南山东轻工业学院(250100) 摘要 陶瓷与金属的焊接是扩大陶瓷应用领域的关键技术之一。
本文介绍了陶瓷与金属焊接的技术方法及其最新进展,阐述了陶瓷与金属焊接技术的应用前景。
关键词 陶瓷 金属 焊接技术 近几年发展起来的高性能陶瓷具有金属材料无法比拟的耐热、耐腐蚀、耐磨等优良性能,其应用范围日益扩大。
但陶瓷的塑性较差,难以制作复杂结构件,且冷加工困难。
因此,在许多场合下,陶瓷材料不能单独使用,而是同其它类型的材料(如金属材料)组合在一起,以连接体的形式使用,更好地发挥陶瓷作为结构材料及电绝缘材料的优越性能。
为此,提供牢固而可靠的连接技术是十分必要的,这一领域已成为当今世界各国研究的热点课题。
大部分陶瓷性脆质硬,熔点比金属的高,其线膨胀系数与金属的相差较大,使焊后接头中的残余应力很高。
加之陶瓷与金属的相容性差,因此金属与陶瓷的焊接性很差,用电弧焊或电阻焊不能获得满意的焊接接头,粘接和机械连接的应用范围也很小,生产中通常采用钎焊和扩散焊。
随着研究的不断深入,又出现了许多新方法。
1 工业上陶瓷与金属焊接的方法111 钎焊钎焊可分为两步法钎焊和一步法钎焊。
两步法是先在陶瓷表面预金属化,然后再进行钎焊,关键是陶瓷表面的预金属化,目前有如下方法:(1)M n 2M o 法。
将M nO 2与M o 的粉末(颗粒大小约1～2Λm )用粘接剂粘到陶瓷表面,随后在1000～1800℃的氮或氢气氛中烧结,在表面形成玻璃相,并且部分金属氧化物得到还原,产生金属表面层。
然后在预金属化的表面涂一层金属(一般涂镍)。
(2)使用活性金属及难熔金属盐,将金属盐如碳酸银等涂在陶瓷表面,最终还原成金属。
(3)PVD 法。
通常在真空中于陶瓷表面镀上一层钛,再用银铜钎料(如A g 230Cu 210Sn )将镀钛的陶瓷与金属钎焊起来。
这种方法也称为活化基材法(A SP 法)。
(4)CVD 法。
使用化学方法在陶瓷表面沉积一层钛,然后用银铜钎料将镀钛的陶瓷与金属钎焊起来,这也是A SP 法的一种。
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。
压电陶瓷和黄铜子结构的结合做法
压电陶瓷和黄铜子结构的结合做法压电陶瓷和黄铜的结合可以采用以下几种方法：
1. 焊接连接：通过焊接压电陶瓷与其他金属材料连接起来，可以使用常见的焊接方式，例如：钎焊、滚焊、电子束焊接等。
2. 贴合连接：将压电陶瓷与其他材料通过粘接剂或者真空高温烧结等方法连接在一起，可以采用金属粘结、玻璃粘结、环氧树脂粘结等方法。
此外，还有采用胶水进行连接的方法，但需要注意胶水的涂布方式和固化过程，以免影响压电陶瓷片的性能。
请注意，不同的连接方法适用于不同的应用场景和材料特性，选择合适的连接方法需要根据实际情况进行评估和试验。
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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。
6、瞬时液相连接：简称为TLP 连接或液相扩散焊，是在真空条件下，施加较小或不施加压力，当温度达到中间层熔点或中间层与母材元素通过互扩散形成低熔共晶
产物时，在中间层与母材之间形成液相薄膜，通过中间层降熔元素向母材扩散及母材中高熔点元素向液相中溶解，使液相层熔点不断升高，并在等温条件下凝固，最后经过均匀化形成致密接头。
瞬时液相连接综合了钎焊和固相扩散焊的优点，已经成功应用在金属间化合物、先进陶瓷、耐热耐蚀超合金、单晶合金等多种先进材料的连接。
7、自蔓延高温合成(SHS)连接：是在陶瓷和金属之间预置高温焊料，
点燃焊料产生短时间高温燃烧，以SHS反应放出的热为高温热源，以SHS产物为焊料，使陶瓷-金属界面迅速融合，并快冷形成牢固的连接。
SHS连接材料的配方、压力、气氛等均易于控制，反应时间短，能显著地减少连接时间，但是反应速度太快，焊料燃烧时间难于控制，从而也就使界面反应难于控制。
陶瓷与金属的连接方法很多，目前被广泛使用的仍然是钎焊、固相扩散连接以及瞬时液相连接等方法。