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, 經適當配料、成形和高溫燒結制得的一類無機非金屬工程材料。這類材料一般是由共價鍵、離子鍵、或混合鍵結合而成, 因之與金屬相比, 具有許多獨特的性能。陶瓷材料的健合力強, 具有很高的彈性模量, 即剛度大; 硬度僅次于金剛石, 遠高于其它材料的硬度; 強度理應高于金屬材料, 但因成分、組織不如金屬那樣單純, 且缺陷多, 實際強度要比金屬低。在室溫下, 陶瓷幾乎不具有塑性, 難以發生塑性變形, 加之氣孔等缺陷的交互作用, 其內部某些局部很容易形成應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, 對裂紋、沖擊應力、表面損傷特別敏感, 容易發生低應力脆性斷裂破壞。

     陶瓷的熔點高, 且在高溫(1000℃以上) 能保持其高溫強度和抗氧化的能力。導熱性低, 熱膨脹系數小, 耐急冷、急熱性能差, 溫度的劇烈變化, 很容易使其發生破裂。陶瓷的組織結構穩定, 不易氧化, 對酸、堿、鹽的腐蝕也有很好的抗力。另外, 陶瓷晶體中沒有自由電子, 一般具有很好的絕緣性。少數陶瓷具有半導體性質。某些陶瓷具有特殊的光學性能, 如用作固體激光材料、光導纖維、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的范圍內, 應具有相同或接近的熱膨脹系數;

     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 根據封接件的要求, 選擇具有一定強度、軟化溫度、電阻率和導熱系數的陶瓷材料。

常用陶瓷-金屬封接配偶的情況見表3。

陶瓷-金屬封接形式

真空技術中常用的幾種采用過渡封接工藝的金屬-陶瓷引出電極結構見圖6

圖6 幾種金屬-陶瓷過渡封接電極引線結構

陶瓷-金屬封接方法主要有以下幾種：

1、燒結金屬粉末法，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，并不得有機械損傷例如裂縫或發紋等;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封接在一起;但是陶瓷與陶瓷-陶瓷與金屬作為工業構件進行連接，是比較困難的傳統的連接方法是釬焊時，先對陶瓷表面進行金屬化預處理，使非金屬陶瓷被連接部位變為金屬表面，然后可以選用在釬焊溫度下，不破壞鍍層的釬料，象金屬釬焊一樣進行連接;這種傳統連接方法，工藝比較復雜;對陶瓷釬焊面進行金屬化預處理#并限定預處理工藝不能對陶瓷的各項性能有所損傷;陶瓷金屬化釬焊接頭真空密封的關鍵是在陶瓷部分產生良好的粘附金屬層;目前常用的主要有兩種方法產生粘附層，即燒結金屬粉末法和活性金屬法。