21世纪陶瓷-金属封接技术展望(上)

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陶瓷_金属的连接技术

工艺材料本文2002202209收到,王申和谭惠民分别系北京理工大学讲师及教授;李淑华系军械工程学院副教授陶瓷2金属的连接技术王　申　李淑华　谭惠民摘　要　介绍了陶瓷与金属连接的几种方法的机理及特点,重点讨论了对未来动力工程和先进发动机有重要意义的陶瓷与金属纳米复合粘接剂连接、钎焊连接、部分瞬间液相连接及自蔓延高温合成(SHS )连接。

主题词　陶瓷金属连接粘合剂焊接近年来,随着陶瓷材料的大规模研究开发,陶瓷与陶瓷或陶瓷与金属的连接技术也越来越引起人们的关注[1]。

实现陶瓷与金属的有效连接可进一步扩大陶瓷的应用范围,尤其在航空航天领域,如飞行器及导弹关键部件的连接,但由于陶瓷和金属是两类性质不同的材料,相互结合时在界面上存在着化学及物理性能的差异,特别是化学键差异较大,采用常规的焊接方法不能实现有效连接[2];因此,陶瓷2金属的连接成为近几年来异种材料连接研究的重点[3]。

为探讨陶瓷与金属的连接机理,本文围绕陶瓷与金属的连接介绍几种主要方法及其性能。

1　粘合剂粘接连接粘接具有固化速度快、使用温度范围宽、抗老化性能好等特点,被用于飞机应急修理、炮射导弹辅助件连接、修复涡轮、修复压气机转子等方面。

澳大利亚和美国自70年代以来就采用复合材料补片对损伤的飞机结构进行胶接修理,目前已成功地在多种飞机上得到了应用[4]。

国内,胶接技术的应用也比较广泛,其中在导弹发动机部位四周对称地粘上四块加强瓣,既保护了发动机壳体,又提高了导弹发射时的承载能力。

但这种技术要求胶粘剂可以室温固化、粘接强度高,既要耐冲击力,又要使加强瓣在导弹出炮口时便于分离。

文献[6]认为橡胶型的胶粘剂虽具有优良的耐冲击力,但抗剪切强度不高,胶层破坏时的变形能力大,有可能造成炮射导弹上粘接的四块加强瓣不能同时分离的危险。

因此,选取胺类固化剂加入不同的增韧剂,研究出在通用的环氧树脂中加入室温固化剂和两种液体橡胶共同增韧的配方,解决了炮射导弹上粘接加强瓣问题。

先进陶瓷与金属连接的现状及展望

1前言先进陶瓷材料具有硬度高、强度大、耐高温、耐磨性能好、抗腐蚀、抗氧化等优良的特性和广阔的应用前景，尤其是在电子、能源、交通、发动机制造、航空航天等领域。

然而，陶瓷的韧性值较低，属于脆性材料，采用机械加工的方法难以制备出尺寸较大和复杂结构的构件，为了克服先进陶瓷的脆性及难加工等问题，拓宽其进一步的应用与发展，常将陶瓷与金属连接起来，在性能上形成一种互补关系，使之成为理想的结构和工程材料，以满足现代工程的应用[1-2]。

陶瓷与金属的连接既是连接领域的热点问题又是难点问题，首先金属与陶瓷在化学键型、物理和化学特性、力学性能及微观结构等方面具有较大的差异；其次，陶瓷与金属的热膨胀系数相差较大，连接时在界面处导致残余应力的集中，致使接头强度下降。

生产中常用钎焊或扩散焊的方法将陶瓷与金属（陶瓷）连接起来，随着连接技术的深入研究，相继研发了一些新的方法（中性原子束焊、激光焊、超声波焊、微波焊以及燃烧合成技术等）[3]。

本文针对近年陶瓷与金属连接而开发的连接技术进行阐述，总结最新的研究成果并对其进行展望。

2陶瓷与金属的连接技术15世纪中叶，我国明代景泰蓝的制作开创了陶瓷与金属连接技术的先河，但是，具有产业化的、工业规模的连接技术则始于20世纪30年代。

Wattery 和德律风根公司的Pulfrich于1935~1939年在陶瓷表面喷涂一层高熔焦仁宝1,2，荣守范1，李洪波1，朱永长1，刘文斌1，张圳炫1（1.佳木斯大学材料科学与工程学院，佳木斯154007；2.佳木斯大学机械工程学院，佳木斯154007）陶瓷与金属连接是陶瓷面向工程应用的关键技术。

本文阐述了适用于陶瓷与金属连接的各种方法及其机理、特点和工程上的应用。

指出钎焊和扩散焊具有很好的适应性，并对陶瓷与金属连接的研究前景进行了展望。

金属；连接方法（1980年~），男，黑龙江省佳木斯人，博士研究生。

浅谈真空炉中陶瓷—金属封接工艺

浅谈真空炉中陶瓷—金属封接工艺本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！陶瓷—金属件的封接以往是在具有还原性气氛的氢炉中进行的，随着设备的更新和工艺流程的调整，陶瓷—金属封接要求在真空炉中进行。

为了确定合理的真空炉陶瓷—金属封接工艺，保证封接件的质量，我们对此项工作进行了全面的策划、试验和研究。

通过试验验证工艺中设定的各项工艺参数，并查看升温速率、一次保温、二次保温的温度和时间，降温的速率，充氮的温度等是否为最佳，工艺时间是否为最短，能否满足产品质量和公司扩产的需要。

1 陶瓷—金属封接的特点及质量要求特点陶瓷—金属封接是一种特殊的焊接，是使陶瓷制件与金属零件牢固连接的技术。

通常，这种连接还要求具有一定的密封性能。

这种封接与金属之间的钎焊相比，其特点在于能够使熔融的焊料润湿陶瓷金属化层表面，而且一般陶瓷的断裂强度比金属要低很多，导热性差，不能塑性变形。

所以，设计结构、封接工艺、陶瓷金属化的质量等因素是影响封接件质量的关键因素。

质量要求质量要求主要有：①机械强度。

通常以封接件的抗拉强度和抗折强度衡量。

②气密性。

对于气密性要求高的电真空器件封接件，常用氦质谱检漏仪检验，用封口的漏气率来衡量气密性的好坏。

③耐热性能，包括耐热冲击性能和耐热烘烤性能。

耐热冲击性能是指在固定的高、低温两个温度之间封接件反复加热、冷却所能承受的冲击次数;耐热烘烤性能是指在某一固定温度下(根据具体应用而定)封接件经受一段较长时间的烘烤的能力。

2 工艺试验方案采用检验合格的金属化瓷件，根据目前产品不同的封接结构和金属化瓷件外径尺寸将其分为A，B，C，D 四大类进行封接工艺试验：①A 类。

平封、一节瓷件的封接结构，瓷壳外径<110 mm。

②B 类。

平封加夹封瓷环、一节瓷件，瓷壳外径≥110 mm。

③C类。

平封、两节瓷件，瓷壳外径<110 mm。

陶瓷的封接技术及研究进展

陶瓷的封接技术及研究进展摘要：介绍了陶瓷与金属连接的主要类型和种类* 对各种连接方法的机理、特点和影响因素进行了重点介绍。

关键词：陶瓷金属连接焊接1引言陶瓷与金属的封接，也称焊接（包括陶瓷与陶瓷的焊接），在现代工业技术中的应用有着十分重要的意义。

近年来，随着陶瓷材料的大规模研究开发，陶瓷与陶瓷或陶瓷与金属的连接技术也越来越引起人们的关注（1-2）。

实现陶瓷与金属的有效连接可以进一步扩大陶瓷的应用范围，诸如电视显像管金属引线的封接，电子元件的封装，飞行器及导弹关键部位的连接等都属于陶瓷—金属封接的范围。

2 陶瓷与金属连接的主要类型陶瓷封装的方法很多，按待焊接材料A和B.是否相同，可以分为同种材料的焊接和异种材料的焊接。

但是还可以根据A、B.间结合材料的有无和种类进行分类。

几种典型的陶瓷封接类型如表所示。

3 陶瓷封接方法3.1 粘合剂粘结粘接具有固化速度快、使用温度范围宽、抗老化性能好等特点，被用于飞机应急修理、导弹辅助件连接、修复涡轮、修复压气机转子方面。

现在胶接技术在国内外都得到了广泛的应用。

一般来讲，陶瓷与金属采用胶接连接，界面作用力为物理力、化学键。

化学粘接较其它工艺得到的界面强度低，据文献+#, 报道：采用有机胶的接头强度小于150MPa，采用无机胶的接头强度小于10MPa，且允许使用的温度有一定的限制（一般低于200度）；但粘接技术用在修复上，周期短、工艺简单、修复效率高、成型性能好，因而在动力工程和航空工业中静载荷和超低静载荷中得到了广泛的应用。

3.2 激光焊接将能量密度甚高的激光用于陶瓷的封接，称为激光焊接。

陶瓷用激光焊接装置主要由二氧化碳激光器、反射镜和聚光镜以及预热炉几部分构成。

二氧化碳激光器发出的激光束经反射镜和聚光镜聚焦于试样表面。

预热炉用于预热试样以避免激光照射的局部骤热而产生裂纹。

预热温度和焊接速度对焊接质量影响较大。

陶瓷制品的激光焊接，首先应考虑如何避免由加热、冷却速度和温度梯度所引起的热裂纹。

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-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。

陶瓷与金属焊接的技术

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、氧化锆陶瓷等。

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1~5um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30~60um。

3，金属化：将涂好膏剂伪陶瓷件送入氢炉中，在1300~1500℃的温度下保温1h。

4，镀镍：为了更好的钎料润湿，在金属化层上再电镀一层厚约5um的镍层。

当钎焊温度低于1000℃时，则电镀层还需在1000℃氢炉中预烧结15~20min。

5，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：在通有氩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。

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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包括 ! 粉体两个明显的不足： "一致性不够好， " $ # % 的纯度、杂质含量、粒度分布、转晶率以及烧结性能等批次之间不能受控，这对现代化和规模化生产影响极大。#品种少、针对性差，不适应我国近年来陶瓷品种的发展和工艺的变化，例如作为电子陶瓷和耐火材料不同应用领域所需求的 ! 粉体，在许 " $ # % ，如3 多性能方面都大相径庭；同一种 ! " $ 4 # % 的绝缘零件和用基片，在一些性能的要求 $ 5 6 ! " # % 瓷同一应用，只在成型上也不同，即使是同种 ! " $ # % 工艺上不同，例如等静压和热压铸，其粒度分布的要求也相差甚远。因此，当前我国应该在保证一致性的情况下大力发展多品种 ! 粉体，以使不同的 " $ # % 瓷种、不同的工艺以及不同的性能要求等，都有相应的! 粉体来满足。日本有些公司，例如昭和轻 " $ # % 做法，可以借鉴，见表# 。金属（. 7 $8!9 : 0 ; $）
表; 陶瓷—金属封接技术的应用领域
具体器件和应用通讯、发射管、微波管、放电管、显像管、显示器件、真空开关管、增强器件等。 L 光管、激光器谐振腔、输出窗、放电管电极、热成像和夜视仪器件等。高压钠灯、卤化物灯、碘钨灯和各种闪光灯等。正负电子碰撞机、加速器、探测器、各种高空探头和传感器等。磁流体发电、高能、长寿命电池、热离子交换器、火花塞、陶瓷发动机部件、各种汽车用传感器。化学反应密封装置、采油柱塞、热交换器等。热电偶管、观察窗、真空设备用引线等。原子能工业、生物牙齿、关节接合等。
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（上） ! " 世纪陶瓷—金属封接技术展望
高陇桥
（北京真空电子技术研究所，北京 " ） # # # " $
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文献标识码： ’
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随着多学科的交叉而形成和发展起来的，是材料的应用和延伸，是一门工艺性和实用性都很强的基础技术。在本世纪诸多领域得到进一步发展和应用，如表"所示。
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为$ ’ ($ % ) ( 左右。当然国外几家公司进入中国市场的陶瓷件则全部为等静压工艺成型的。为了使我国此类陶瓷档次与国际接轨， “十五” 期间，等静压工艺的比例会有所提高，到 “十五” 末期，预计会达到 1 ) (左右。
" 电子器件用高热导率材料
当今整个电子器件的发展趋势是高密度、多功能、快速化和大功率。超大规模集成电路的布线宽度目前国内已达到亚微米水平，电力电子器件和功率模块也向大功率发展，现在国内一个 2 3 # 器件可通过数千安培的电流，真空电子器件也一样，目前国外螺旋线行波管的最大脉冲功率已达到. ’ )4 5，最大连续功率为 %4 最高频率达 1 而相 5， 62 7 8，应的功率可近. 国外宽带螺旋线大功率行波 ) ) 5， ! " 管，在9$. 62 7 8频率范围内， ! :% ) )$’ ) ) 5， !
表! " 粉体的品成尖晶石定型耐火材料可浇铸耐火材料陶瓷纤维抛光和细磨硬磨材料软磨材料其他
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摘要：综述了! 着重叙述了电子器件用高热导率材料，真空开关管的技术发展对 "世纪陶瓷—金属封接技术的展望，该技术的需求，以及其生产技术的控制和质量保证。
关键词：陶瓷金属封接；高热导率材料；真空开关管 %
F 中图分类号： D E " ! " @ " # G @ H
新世纪对陶瓷—金属封接技术这一领域将有新的推动和需求，材料是现代文明的三大支柱之一，列为! "世纪优先发展的关键领域之一。科学技术的发展使各类相对独立的材料如金属、陶瓷、高分子等，相互渗透、相互结合，陶瓷—金属封接技术正是
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转晶率、活性、体积密度、真密度、粉体破碎性 ! " $ # % 等性能指标。当然，标准化工作也很不够，除企业标准外，只制定了一个合适于冶 ! "工业用工业 ! " $ # % 技术条件（& ）的部级标准，其技术条件仅 ’ ( ) *+, 是化学成分和灼减，其品级顺序的主要依据是 . / $ # 含量。电子陶瓷所要求的特性没有得到体现。由于电子工业的发展和微波电子器件质量保证的需求，那种纯度不高，杂质要求的颠倒和一厂一所的混硼、煅烧来降低 0 相是难 1含量和获得 ! 2 ! " $ # % 粉体。因而，在第以得到高质量一致性好的 ! " $ # % 二阶段，制定了国家标准以及厂所合作等方式，特别是市场经济的规律使电子陶瓷用 ! 粉体上了一 " $ # % 个台阶。在提出纯度、杂质的要求外，也提出 ! " $ # % 粉体粒度的! 转晶率的要求，并且收到了良 +! " $ # % 好的效果。但是，时至今日，我国生产的 ! 粉体仍存在 " $ # %