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陶瓷金属封接
来源:滁州中星光电(封装)科技有限公司 点击:2392 次 2014-06-11
[导读]陶瓷金属封接
近 20 年来, 世界各国对工程陶瓷的研究与生产应用进步很快。陶瓷与合金及工程塑料相比, 在耐磨损、抗高温氧化、耐腐蚀及介电性等方面具有优异的特性。但作为结构材料, 陶瓷存在着塑性不好、难加工、强度分散、抗疲劳和抗热震性能差、不易焊接封装等缺点, 单独使用不太理想。为此, 各国科学家正在开发各种金属/陶瓷复合材料, 以期望获得兼具金属及陶瓷优越性的复合材料。
 目前, 金属基或陶瓷基复合材料的生产普遍存在着成本高、能耗大、规模生产困难等问题。对于形状复杂的构件和大型构件(如航空发动机燃烧室、涡轮叶片等)来说, 采用单一的金属/ 陶瓷复合材料来制造成本会很高。但如果把陶瓷和金属连接后制成复合构件来使用, 则可降低成本与能耗, 而且易于工程化。对于像航空发动机这样的可靠性要求很高的产品的制造, 选用合适的陶瓷/金属连接工艺, 能增加所选用陶瓷材料的可靠性。
 1 陶瓷/金属的连接方法
 陶瓷和金属是两类性质不同的材料, 相互接合时在界面上存在着化学及物理性能的差异。二者的连接方法不同, 所形成的新界面的特性也不同。机械连接和粘接连接工艺的使用范围很有限, 这两种工艺联合使用虽可以进一步增加接头强度并获得气密性接头, 但使用条件也较有限。一旦需考虑复杂受载条件、较高使用温度及可靠性因素时, 就只能选择陶瓷/ 金属的焊接连接工艺。焊接连接的主要方法有:
 (1) 烧釉封接——在空气中于陶瓷上烧结硅酸盐玻璃类物质, 然后再在还原气氛下与金属焊接, 但接头的釉层龟裂及内应力严重。此方法可能会被逐渐淘汰。
 (2) 烧结金属粉末法——在陶瓷表层涂覆金属粉末并烧结形成涂层, 然后用焊料对陶瓷与金属焊接, 多用于电子元件陶瓷金属封接与连接。
 (3) 熔焊——主要是激光熔焊和电子束焊, 能够制造高温下稳定的连接接头, 但难于形成面2面连接, 设备投资昂贵。
 (4) 摩擦焊——使两焊件相对旋转并加压摩擦, 待金属表面加热至塑性状态后停转, 施加较大的顶锻力使焊件连接。接头处既有机械结合又有化学键结合。但该法仅限于圆棒、管件等的焊接。
 (5) 固相压力扩散焊——在较高温度和一定外力作用下, 使陶瓷-金属表面紧密接触, 金属母材发生一定的塑性变形, 便于原子的扩散, 促使两种材料结合在一起。
 (6)陶瓷/金属钎焊——利用陶瓷/金属母材之间的钎料在高温下熔化, 其中的活性组元与陶瓷发生化学反应, 形成稳定的反应梯度层, 将两种材料结合在一起。
 (7) 自蔓延高温合成(SHS—Self-propagating High-temperature Synthesis)焊接——在陶瓷/金属界面间预置高能焊料, 点燃焊料产生短时高温燃烧波, 使焊料和陶瓷/金属界面迅速融合, 并快冷形成接头。这种方法效率高, 能耗低, 在制造金属基、陶瓷基复合材料方面具有重要意义。综合考虑上述各种方法形成焊接接头的性能、工艺特点、机理及工艺成本等因素, 我们认为固相压力扩散焊、钎焊和SHS 焊接已具有一定预研基础和良好的应用前景, 应该重点研究与开发。
 陶瓷/金属的连接理论及相关工艺研究, 对发展陶瓷/金属复合构件, 尤其是高温结构复合材料是非常重要的, 对下一世纪能源及动力工业具有潜在的经济及社会效益。目前的研究几乎都是围绕着陶瓷/金属界面接合机理、解决界面应力、连接工艺等来进行的。综合考虑连接理论、工艺等方面, 我们认为, 活性金属钎焊、 SHS 焊接技术最有希望成为陶瓷/ 金属连接工艺中的重点开发研究项目。
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