陶瓷-金屬封接材料

      陶瓷是用各種金屬的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物為原料, 經(jīng)適當(dāng)配料、成形和高溫?zé)�結(jié)制得的一類無(wú)機(jī)非金屬工程材料。這類材料一般是由共價(jià)鍵、離子鍵、或混合鍵結(jié)合而成, 因之與金屬相比, 具有許多獨(dú)特的性能。陶瓷材料的健合力強(qiáng), 具有很高的彈性模量, 即剛度大; 硬度僅次于金剛石, 遠(yuǎn)高于其它材料的硬度; 強(qiáng)度理應(yīng)高于金屬材料, 但因成分、組織不如金屬那樣單純, 且缺陷多, 實(shí)際強(qiáng)度要比金屬低。在室溫下, 陶瓷幾乎不具有塑性, 難以發(fā)生塑性變形, 加之氣孔等缺陷的交互作用, 其內(nèi)部某些局部很容易形成應(yīng)力集中而又難以消除, 因而沖擊韌度和斷裂韌度降低, 脆性大, 對(duì)裂紋、沖擊應(yīng)力、表面損傷特別敏感, 容易發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂破壞。

     陶瓷的熔點(diǎn)高, 且在高溫(1000℃以上) 能保持其高溫強(qiáng)度和抗氧化的能力。導(dǎo)熱性低, 熱膨脹系數(shù)小, 耐急冷、急熱性能差, 溫度的劇烈變化, 很容易使其發(fā)生破裂。陶瓷的組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定, 不易氧化, 對(duì)酸、堿、鹽的腐蝕也有很好的抗力。另外, 陶瓷晶體中沒(méi)有自由電子, 一般具有很好的絕緣性。少數(shù)陶瓷具有半導(dǎo)體性質(zhì)。某些陶瓷具有特殊的光學(xué)性能, 如用作固體激光材料、光導(dǎo)纖維、光貯存材料等。

陶瓷-金屬封接材料的選用原則如下:

     ① 所選用的陶瓷、金屬、釬料在室溫到略高于使用釬料熔點(diǎn)的范圍內(nèi), 應(yīng)具有相同或接近的熱膨脹系數(shù);

     ② 在不匹配封接中, 要選擇屈服極限低、塑性好、彈性模量低的金屬材料作為封接金屬和釬料;

    ③ 根據(jù)封接件的要求, 選擇具有一定強(qiáng)度、軟化溫度、電阻率和導(dǎo)熱系數(shù)的陶瓷材料。

常用陶瓷-金屬封接配偶的情況見(jiàn)表3。

陶瓷-金屬封接形式

真空技術(shù)中常用的幾種采用過(guò)渡封接工藝的金屬-陶瓷引出電極結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6

圖6 幾種金屬-陶瓷過(guò)渡封接電極引線結(jié)構(gòu)

陶瓷-金屬封接方法主要有以下幾種：

1、燒結(jié)金屬粉末法，包括活性Mo-Mn法、Mo-Fe法等；

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

3、蒸鍍金屬化、濺射金屬化、離子涂覆等汽相沉積工藝

4、其他封接方法，主要包括氧化物焊料法，擴(kuò)散釬焊和電子束焊等;

      不論什么樣的封接方法，都要求零件徹底除氣，并不得有機(jī)械損傷例如裂縫或發(fā)紋等;898 陶瓷金屬化封接陶瓷之間可用特種焊料和采用玻璃封接技術(shù)封接在一起;但是陶瓷與陶瓷-陶瓷與金屬作為工業(yè)構(gòu)件進(jìn)行連接，是比較困難的傳統(tǒng)的連接方法是釬焊時(shí)，先對(duì)陶瓷表面進(jìn)行金屬化預(yù)處理，使非金屬陶瓷被連接部位變?yōu)榻饘俦砻妫�然后可以選用在釬焊溫度下，不破壞鍍層的釬料，象金屬釬焊一樣進(jìn)行連接;這種傳統(tǒng)連接方法，工藝比較復(fù)雜;對(duì)陶瓷釬焊面進(jìn)行金屬化預(yù)處理#并限定預(yù)處理工藝不能對(duì)陶瓷的各項(xiàng)性能有所損傷;陶瓷金屬化釬焊接頭真空密封的關(guān)鍵是在陶瓷部分產(chǎn)生良好的粘附金屬層;目前常用的主要有兩種方法產(chǎn)生粘附層，即燒結(jié)金屬粉末法和活性金屬法。