陶瓷钎焊工艺
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。
陶瓷直接钎焊工艺
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟陶瓷直接钎焊工艺陶瓷金属化形成的各种钎焊接头, 因为存在着涂层或镀层, 使陶瓷组件在高温使用受到限制, 难以发挥陶瓷高温稳定的优越性, 要求人们寻找直接钎焊的方法。
陶瓷直接钎焊能够解决因盲孔或几何尺寸因素而不能完全进行金属化预处理零件的连接问题, 能大大简化钎焊工艺和满足陶瓷构件高温使用的要求。
这种方法是使用含有Ti 或Zr 的活性元素的钎料, 直接把陶瓷与金属、陶瓷与陶瓷、陶瓷与石墨等钎焊起来。
直接钎焊选用的钎料熔化温度较高, 能满足陶瓷构件高温状态使用的要求。
为避免构件材料因热膨胀系数不同而产生裂纹, 可在二者之间夹置一层缓冲层。
根据使用条件, 选用钎料应尽可能将钎料夹置在两个被钎焊零件之间或放置在利用钎料填充间隙的位置, 然后象普遍真空钎焊一样进行钎焊。
对于金属陶瓷, 例如含10% 游离硅和少于500ppm 铁和铝的碳化硅陶瓷, 可以选用锗粉作为钎料直接钎焊, 将锗粉夹置在陶瓷件之间, 锗粉厚度为20～200 μm, 本底真空度抽到10-2Pa,工作真空度为8 乘以10-2Pa, 钎焊温度1180℃, 保温10min, 获得的钎缝组织为Ge-Si 固溶体, 重熔温度高达1200℃, 能够用于较高温度的环境下。
在热交换器和红外辐射源一类生产中, 经常把氧化铝陶瓷与耐碱性腐蚀金属Ta、Nb 及合金钎焊在一起, 钎焊工艺采用等离子喷涂设备, 在氧化铝陶瓷表面喷涂一层钨或钼, 然后将配制好的混合钎料( Ni 粉+ Fe 粉17% 或Nb 粉+ Ni 粉15% , 用粘结剂混合, 放入滚筒内研磨几个小时,以促使钎料粉悬浮于粘结剂中) 涂在陶瓷与金属的结合面上, 厚度为0.125～0.25 mm, 干燥几小时后, 装入真空炉钎焊, 冷态本底真空度抽到8 乘以10- 3 Pa, 工。
陶瓷钎焊工艺
陶瓷钎焊工艺
陶瓷钎焊工艺是一种常用的陶瓷修复方法，可以修复破损或受损的陶瓷制品。
它是一种精细的工艺，要求技术娴熟和耐心细致。
在这篇文章中，我将详细介绍陶瓷钎焊工艺的步骤和注意事项。
进行陶瓷钎焊前，需要准备好所需的工具和材料。
常用的工具包括气体火炬、钳子、磨砂纸等。
而材料方面，主要是钎料，常用的有银钎、铜钎等。
选择合适的钎料是非常重要的，它应该与陶瓷的成分相匹配，以确保焊接的牢固性和美观度。
在进行陶瓷钎焊时，首先需要将破损的陶瓷制品清洁干净，并用磨砂纸打磨表面，以便提高焊接的附着力。
然后，将钎料预先涂抹在需要焊接的位置上，再用气体火炬进行加热。
加热时要掌握好温度和时间，以免造成过热或过冷，影响焊接效果。
在加热的过程中，钎料会熔化并渗入陶瓷制品的裂缝中，形成牢固的连接。
待陶瓷制品冷却后，焊接部位的强度将大大增加，甚至可以恢复到与原来一样的强度。
这样，我们就成功地修复了破损的陶瓷制品。
然而，在进行陶瓷钎焊时，也需要注意一些事项。
首先，要确保焊接的环境干燥，以免水分对焊接效果产生影响。
其次，焊接时要保持手稳，以免造成焊接不准确或失误。
另外，要避免过度加热，以免陶瓷制品发生变形或破裂。
总的来说，陶瓷钎焊工艺是一项精细而复杂的修复技术。
通过合理的操作和技术，我们可以成功地修复破损的陶瓷制品，使其恢复原貌。
这不仅是对陶瓷制品的保护，也是对传统工艺的传承和发展。
陶瓷钎焊工艺的应用使我们的生活更加美好，也展现了人类智慧和技术的辉煌。
陶瓷和铝的热浸镀—钎焊工艺研究
陶瓷和铝的热浸镀—钎焊工艺研究陶瓷具有高温强度好、耐腐蚀、耐磨损、绝缘性能好等优异性能。
铝具有良好的塑性、密度小、导电性好、比强度高等优点。
陶瓷与铝的连接有望在汽车工业、电子封装领域、轻型陶瓷复合装甲等领域得到广泛的应用。
但铝极易氧化，表面致密的氧化膜阻碍陶瓷与铝的连接。
本文尝试用热浸镀铝工艺在陶瓷表面形成一层铝合金薄膜，再以该合金膜作为钎焊料，将陶瓷与铝钎焊连接。
热浸镀实验分别采用了不同配比的铝硅、铝铜合金。
陶瓷分别采用氧化铝陶瓷和氮化铝陶瓷。
为了改善氮化铝陶瓷和铝的连接，本文还尝试了对部分氮化铝陶瓷进行了表面磁控溅射Ti、Fe处理。
研究发现：采用氮气气氛中的热浸镀方法可以显著改善铝与氧化铝陶瓷及氮化铝陶瓷的润湿性。
同时适当控制温度和气氛，可以在氧化铝陶瓷及氮化铝陶瓷表面形成一层厚为数微米连接紧密的铝硅合金膜。
利用该合金膜，采用普通氮气钎焊方法可以将氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷与铝连接在一起。
连接界面紧密，撕裂强度大于15N/mm。
氧化铝陶瓷的最佳钎焊温度在625℃～655℃之间，氮化铝的最佳钎焊温度介于650℃～655℃。
陶瓷与铝热浸镀-钎焊原理类似与过渡液相焊：在钎焊过程中，热浸镀层熔化生成液相，液相中的硅沿晶界向铝板中高速扩散，液相中硅含量的降低使熔点升高，最终液相完全消失，钎焊终止，实现陶瓷与铝的连接。
提高热浸镀层中的硅含量可以降低钎焊温度，减少边缘未连接面积，但对陶瓷和铝的连接界面强度无直接影响。
钎焊过程中加快升温速率可以抑制铝硅合金热浸镀层中硅的流失，降低钎焊开始温度，拓宽钎焊工艺区间。
氮化铝表面磁控溅射Fe不利于氮化铝陶瓷与铝的热浸镀-钎焊连接。
氮化铝表面磁控溅射Ti有利于降低氮化铝陶瓷热浸镀温度，但对氮化铝陶瓷与铝的钎焊没有明显影响。
陶瓷组装部件的先进钎焊技术资料
先进焊接与连接国家重点实验室
State Key Lab of Advanced Welding and Joining
2. 润湿性、残余应力和接头可靠性
活性钎焊法（一步法）：其定义为在钎焊过程中使用含有活性元素的钎 料，活性元素通过形成中间反应层改变陶瓷表面化学性质，从而降低了 熔融钎料在陶瓷表面的润湿角。常用的活性元素包括Ti、Zr、Hf、V和Al。 残余应力的缓解：使用中间层 （韧性金属层或与待连接的陶 瓷热膨胀系数相近的中间层） （多种加工步骤），或者使用 先进的复合钎料（一步式）。 复合钎料法的优势：对大间隙钎 焊有明显的优势。复合钎料的理 念可以改善接头的可靠性，提高 较高温度下的强度，从而提高接 头的服役温度。
先进焊接与连接国家重点实验室
State Key Lab of Advanced Welding and Joining
Si3N4-TiN（30 wt%）与钢的连接（△а=11×10-6/K）
陶瓷/陶瓷 金属/陶瓷
一步法
两步法
中间层或恰当的钎料体系 Si3N4-TiN/钢接头不同的残余应力缓解方法 和得到的强度值
钎料 CB6 CuSnTiZr Cusil-ABA Incusil-ABA Incusil 15
E(GPa) 210 325 211
330 200 63 234
α(室温-600℃)(10-6/K) 14.1 5.1 16.5
拉) 620 (抗拉) 860 (抗拉)
先进焊接与连接国家重点实验室
State Key Lab of Advanced Welding and Joining
Si3N4-TiN（30 wt%）与钢的连接（△а=11×10-6/K）
测试温度
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
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陶瓷钎焊工艺
陶瓷钎焊是一种焊接工艺，主要涉及使用熔点低于母材的金属或非晶材料作为钎料，加热到低于被焊件母材熔点，高于钎料熔点温度，利用融化的钎料来润湿母材、填充焊缝，实现被焊材料相互连接。
在陶瓷与金属的钎焊连接中，钎料在陶瓷上良好的润湿性是实现有效连接的前提。
根据润湿性的不同，陶瓷与金属的钎焊可分为两类：一类是先对陶瓷表面进行预金属化处理，再用钎料连接，称为间接焊接。
常见的陶瓷材料表面金属化的处理方法有电镀法、烧结金属粉末法，活性金属法和气相沉积法等。
另一类是直接采用含有活性金属元素的钎料，活性元素与陶瓷表面反应，来增加陶瓷与金属的润湿性，从而达到焊接目的，称为直接（活性）钎焊。
目前常用的钎焊活性金属主要是过渡族元素，因其最外层电子未被填满，活性高。
将活性金属加入到常用的Cu基，Ag基，Ni基和Au基等钎料中就可以制成活性钎料。