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。这类材料一般是由共价键、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, 一般具有很好的绝缘性。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;

    ③ 根据封接件的要求, 选择具有一定强度、软化温度、电阻率和导热系数的陶瓷材料。

常用陶瓷-金属封接配偶的情况见表3。

陶瓷-金属封接形式

真空技术中常用的几种采用过渡封接工艺的金属-陶瓷引出电极结构见图6

图6 几种金属-陶瓷过渡封接电极引线结构

陶瓷-金属封接方法主要有以下几种：

1、烧结金属粉末法，包括活性Mo-Mn法、Mo-Fe法等；

2、活性金属法，包括TI-Ag-Gu法、Ti-Ni法、Ti-Cu法、Ti-Ag法等；

3、蒸镀金属化、溅射金属化、离子涂覆等汽相沉积工艺

4、其他封接方法，主要包括氧化物焊料法，扩散钎焊和电子束焊等;

      不论什么样的封接方法，都要求零件彻底除气，并不得有机械损伤例如裂缝或发纹等;898 陶瓷金属化封接陶瓷之间可用特种焊料和采用玻璃封接技术封接在一起;但是陶瓷与陶瓷-陶瓷与金属作为工业构件进行连接，是比较困难的传统的连接方法是钎焊时，先对陶瓷表面进行金属化预处理，使非金属陶瓷被连接部位变为金属表面，然后可以选用在钎焊温度下，不破坏镀层的钎料，象金属钎焊一样进行连接;这种传统连接方法，工艺比较复杂;对陶瓷钎焊面进行金属化预处理#并限定预处理工艺不能对陶瓷的各项性能有所损伤;陶瓷金属化钎焊接头真空密封的关键是在陶瓷部分产生良好的粘附金属层;目前常用的主要有两种方法产生粘附层，即烧结金属粉末法和活性金属法。