1玻璃－金屬封接
玻璃－金屬封接的主要問題為兩者的物理化學(xué)不相容和熱應(yīng)力問題。玻璃的主要成分為SiO2，Al2O3，為典型的非金屬資料，為共價鍵銜接構(gòu)造，而金屬則以電子云的方式分離，招致熔融狀態(tài)的玻璃資料在金屬外表無法潤濕鋪展，從而無法到達(dá)玻璃－金屬的封接。此外，玻璃與普通金屬的熱收縮系數(shù)相差很大，即便兩者可以潤濕銜接，也會在冷卻過程中產(chǎn)生較大的應(yīng)力，以至呈現(xiàn)玻璃炸裂的現(xiàn)象。針對物理化學(xué)不相容性問題，主要采用金屬資料外表改性的辦法，以到達(dá)熔融玻璃與金屬的潤濕鋪展。
在電真空行業(yè)，目前普遍應(yīng)用的金屬外表改性辦法是金屬外表預(yù)氧化，首先在含氧氣氛中加熱金屬外表，使外表產(chǎn)生與基體分離嚴(yán)密的氧化膜（如Fe2O3，F(xiàn)e3O4等），該氧化膜可與熔融的玻璃潤濕鋪展，從而處理玻璃－金屬物理化學(xué)不相容問題。
針對玻璃－金屬封接應(yīng)力問題，目前主要采用開發(fā)熱收縮系數(shù)相近的玻璃、金屬的辦法。目前在玻璃－金屬封接中應(yīng)用較為普遍的金屬資料為Fe－Co－Ni系收縮合金（如4J29）和封接玻璃（如DM－308）。陳文莉等人［1］經(jīng)過添加金屬氧化物（MnO2，Co2O3等）等對DM－308型電子玻璃停止改性，使玻璃的抗彎強度進步7％，并改善了玻璃與可伐合金的封接強度，使兩者封接面的抗剪強度進步了15．6％。剖析指出，添加金屬氧化物加速界面處可伐合金中的金屬元素向玻璃中的擴散是改善封接性能的主要緣由。
胡忠武等人［2］采用金相、XRD，SEM等手腕，研討了氧化膜的連續(xù)性、厚度對玻璃－可伐合金封接件的透氣率、抗拉強度的影響。研討指出，只要當(dāng)金屬氧化物的摩爾體積與金屬元素的摩爾體積之比略大于1時，金屬外表才干構(gòu)成掩蓋連續(xù)且致密的氧化膜；具有尖晶石構(gòu)造的氧化膜對封接有利，且氧化膜的最佳增重為3～7g%2Fm2。
DongqiangLei等人［3］針對太陽能接納器玻璃－可伐封接的單薄環(huán)節(jié)，應(yīng)用高頻感應(yīng)加熱方式，對預(yù)先氧化的可伐合金與玻璃停止封接實驗，并測試了接頭的密封性能、接頭強度、抗溫度沖擊性能及分離面的顯微組織。
實驗結(jié)果標(biāo)明，0．3～0．8mg%2Fcm2的可伐合金預(yù)氧化增重條件可得到良好的玻璃－可伐封接接頭。筆者還應(yīng)用實驗丈量和ANSYS有限元辦法［4］測定和計算了太陽能接納管可伐與玻璃封接接頭的剩余應(yīng)力，實驗結(jié)果與有限元計算結(jié)果相吻合，并指出接頭的單薄點不只呈現(xiàn)在玻璃－可伐的封接面，玻璃表面面靠近封接面處也是應(yīng)力集中較大的區(qū)域。此外，金屬環(huán)伸入玻璃管的長度越大，則接頭的最大剩余應(yīng)力就減小。
2陶瓷－金屬封接
與玻璃－金屬封接類似，陶瓷－金屬封接亦有2種資料物理化學(xué)不相容和熱應(yīng)力問題。陶瓷－金屬封接工藝主要經(jīng)過陶瓷外表燒結(jié)金屬化層的方式完成與金屬資料的外表潤濕。對熱應(yīng)力的釋放則依賴于金屬化層和釬焊過程中釬料的變形弛緩沖。
陶瓷-金屬封接普遍采用的是燒結(jié)金屬粉末法（如活性鉬－錳法），該銜接工藝主要包括陶瓷的處置、膏粉的制備、涂膏、金屬化燒結(jié)、鍍鎳、二次金屬化、釬焊等過程。陶瓷外表金屬化層的質(zhì)量是決議整個陶瓷－金屬封接接頭的主要環(huán)節(jié)。
目前對該種辦法的研討主要集中在陶瓷外表金屬化的機理研討、外表金屬化強度進步、陶瓷與金屬化層強度表征等。
北京真空電子技術(shù)研討所對陶瓷－金屬封接工藝及機理展開了大量研討工作。張巨先等人［5］研討了不同陶瓷外表金屬化時金屬粉與陶瓷相的互相作用機理。針對w（Al2O3）95％陶瓷采用Mo含量不同的粉末對陶瓷外表金屬化，指出在金屬化過程中，Mo顆粒構(gòu)成骨架網(wǎng)絡(luò)，金屬粉中的玻璃相填充骨架網(wǎng)絡(luò)的空隙，并與w（Al2O3）95％陶瓷中的玻璃相融和，經(jīng)過毛細(xì)作用滲入陶瓷，得到有一定強度的致密金屬化層，當(dāng)玻璃相含量較高時，會在骨架網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)成較多的內(nèi)閉口吻孔。
針對高純Al2O3陶瓷［6］，由于陶瓷內(nèi)部無玻璃相及玻璃相遷移通道，其金屬化主要經(jīng)過Al2O3相外表細(xì)小顆粒的溶解、沉淀、析出及玻璃相對Al2O3陶瓷外表的潤濕過程，完成致密構(gòu)造。趙世柯等人［7］采用傳統(tǒng)的Mo-Mn法對透明Al2O3陶瓷停止了金屬化，取得了氣密性牢靠的陶瓷-金屬封接件，并指出金屬化層與陶瓷之間的分離主要來源于金屬化層中的玻璃態(tài)物質(zhì)外表良好的潤濕性。由于制備工藝的限制，陶瓷內(nèi)部存在隨機的內(nèi)部和外表缺陷，則其與金屬封接接頭的強度具有很大的分散性。
石明等人［8］采用Weibull統(tǒng)計和正態(tài)散布，對氧化鋁陶瓷的封接強度停止統(tǒng)計剖析，實驗標(biāo)明，Weibull模數(shù)和變異系數(shù)能夠表征資料強度的離散性。
3陶瓷－金屬活性釬焊
陶瓷－金屬活性釬焊工藝應(yīng)用傳統(tǒng)的釬焊辦法，經(jīng)過在釬料中添加活性成分（Ti，Zr等），能夠增大釬料對氧化物、硅酸鹽等物質(zhì)的親和力，完成釬料對陶瓷外表的潤濕和鋪展，完成陶瓷－金屬的釬焊，而釬料對金屬側(cè)的潤濕才能普通都較強，因而對其研討較少。相關(guān)于陶瓷－金屬封接工藝，陶瓷－金屬活性釬焊具有工序少、周期短、封接溫度低、零件變形小等優(yōu)點，因而成為近年來陶瓷－金屬銜接方向的研討熱點。
YLiu等人［9］研討了SiC陶瓷的活性釬焊（Ag－35．25Cu－1．75Ti）工藝（溫度、保溫時間）對接頭力學(xué)行為的影響，研討指出，隨著釬焊溫度的升高，釬焊接頭的彎曲強度升高，但隨著保溫時間的延長，活性釬料與陶瓷間的反響厚度增大，構(gòu)成較多的脆性金屬間化合物，使接頭的力學(xué)性能降落。此外，筆者經(jīng)過XRD手腕剖析了界面的反響產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)陶瓷與活性釬料的銜接面由SiC%2F連續(xù)細(xì)小的TiC層%2F不連續(xù)粗大的Ti5Si3層%2F填充合金層組成，從而考證了活性元素Ti與SiC陶瓷間的反響產(chǎn)物。ZWYang等人［10］研討了SiO2－BN陶瓷與因瓦合金的Ag－21Cu－4．5Ti活性釬焊。
釬焊溫度為1113~1173K，保溫時間為5~30min。經(jīng)過掃描電鏡和投射電鏡剖析發(fā)現(xiàn)，非晶態(tài)SO2在釬焊過程中活性較低，而h－BN與Ti反響生成細(xì)晶反響層的活性較大，釬焊過程中構(gòu)成了100~150nm厚的TiN－TiB2反響層，從而完成了陶瓷與金屬的銜接接頭。而因瓦合金中的Fe，Ni元素與Ti元素反響生成Fe2Ti，Ni3Ti，并固溶在Ag－Cu基體中，隨著脆性相Fe2Ti，Ni3Ti含量的增高，接頭的抗剪才能降落。李卓然等人［11］研討了95％氧化鋁陶瓷與低碳鋼Ag－Cu－Ti活性釬焊反響機理。實驗采用的釬焊溫度為950℃，保溫時間為5min。
經(jīng)過XRD辦法對接頭不同區(qū)域的物相停止剖析發(fā)現(xiàn)，接頭由Al2O3陶瓷%2FTi3Cu3O%2FTi3Al＋TiMn＋TiFe2＋Ag＋Cu%2FTiC%2F低碳鋼組成，釬料中的活性元素Ti，一方面和Cu與Al2O3反響構(gòu)成Ti3Cu3O和Ti3Al，另一側(cè)由于Ti是強碳化物構(gòu)成元素，招致Ti向低碳鋼側(cè)擴散與C充沛接觸，同時較小的C原子也快速向釬料層擴散，構(gòu)成連續(xù)的TiC層，另外與Fe，Mn分離生成TiFe2和TiMn。
4陶瓷－金屬過渡液相擴散焊
陶瓷－金屬的活性釬焊工藝可完成兩者的牢靠銜接，但接頭的高溫高應(yīng)力下的環(huán)境順應(yīng)性較差，這是由于活性釬焊的銜接溫度較低，若進步釬焊溫度又會惹起熱應(yīng)力的增大。而陶瓷－金屬的過渡液相擴散焊可較好地處理此問題。陶瓷－金屬過渡液相擴散焊的中間層普通為復(fù)合中間層，即由一薄層低熔點金屬或合金熔敷在相對較厚的高熔點中心層上。
低熔點薄層凝結(jié)后擴散進入高熔點資料并與之反響，使液相消逝，構(gòu)成的合金或中間層性質(zhì)取決于高熔點中心資料的物理性質(zhì)。JiuchunYan等人［12］研討了采用Cu%2FNi%2FCu中間層銜接Al2O3陶瓷與6061鋁合金。
釬焊溫度為580℃，隨著保溫時間的延長，接頭的抗剪強度呈進步趨向；釬縫部位有純Ni層、Al0．9Ni1．1化合物層、Al基固溶體的存在；釬縫中的Al－Cu的共晶組織加強了Ni層的擴散，并縮短了釬焊時間。MBrochu等人［13］研討了運用Cu－Ti%2FNi%2FAl中間層部分過渡液相擴散銜接Si3N4陶瓷和FA－129鐵鋁合金。預(yù)加壓應(yīng)力為300kPa，首先以10℃%2Fmin的加熱速度加熱到950~1100℃，并保溫30min，之后以5℃%2Fmin的速度加熱到1100~1200℃，并保溫1．5～6h完成平均化過程，最后以55℃%2Fmin的速度降溫到300℃。
其中Cu－Ti以粉末狀夾在Si3N4%2FNi之間，而Al以箔狀夾在Ni%2FFA－129之間，最終接頭的彎曲強度約為80MPa。李京龍等人［14］以Ti%2FNi%2FTi為中間層，應(yīng)用部分過渡液相擴散辦法對多孔C%2FSiC資料停止了銜接。中間層中的活性元素Ti對C%2FSiC潤濕性能良好，因此構(gòu)成了可以沿銜接界面孔隙滲入C%2FSiC基體內(nèi)。
接頭冷卻后可構(gòu)成“扎釘構(gòu)造”，從而進步接頭的銜接強度。
5結(jié)語
無機非金屬資料與金屬資料分別具有其共同的力學(xué)、電學(xué)性能，兩者的銜接被普遍應(yīng)用于工業(yè)消費及科研工作中。無機非金屬資料與金屬資料的銜接難點主要是物理化學(xué)性不相容及銜接的熱應(yīng)力問題。
（1）玻璃－金屬封接工藝對金屬（如Kovar合金）外表預(yù)氧化以到達(dá)與玻璃的潤濕銜接，Kovar合金則具有與玻璃相近的熱收縮系數(shù)，從而減小銜接熱應(yīng)力。
（2）陶瓷－金屬封接工藝對陶瓷外表涂膏、燒結(jié)、電鍍后，構(gòu)成與陶瓷致密銜接的金屬化層，從而能夠直接與金屬資料釬焊得到契合請求的接頭。
（3）陶瓷－金屬活性釬焊應(yīng)用活性元素（如Ti等）直接與陶瓷相反響銜接，可很大水平上減少工藝復(fù)雜性。
（4）陶瓷－金屬過渡液相擴散焊工藝參加中間層設(shè)計，可大幅減小接頭的釬焊應(yīng)力，進步接頭的力學(xué)性能，提升接頭的高溫高應(yīng)力環(huán)境順應(yīng)性?？傊煌你暯庸に嚲衅淦攸c與優(yōu)優(yōu)勢，在工業(yè)消費及科研活動中，需求依據(jù)實踐請求及經(jīng)濟性等方面選擇適宜的非金屬資料－金屬資料銜接辦法。
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