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封接陶瓷与各种金属的玻璃焊料封接法技术讲解作者：佚名文章来源：网络点击数： 133更新时间：2008-6-14 玻璃焊料适合于陶瓷与各种金属合金的封接，特别是强度和气密性要求高的场合。尤其是普遍用于碱金属蒸气灯的制造。在以氧化铝和氧化钙为基的玻璃焊料中，若添加各种氧化物，对焊料性能有不同的影响。添 加 物 性 能二氧化硅、氧化锡 玻璃焊料不易析晶，抗碱腐蚀能力下降氧化铝过多，或不适当的SrO或MgO 易析晶，抗碱性增强，熔点随之升高，流动性下降Na2O和B2O3 增加焊料流动性，降低了抗碱性少量Y2O3等稀土氧化物改善焊料的润湿性1、工艺过程：通常用于制造碱金属蒸气灯的玻璃焊料有下列系统：A系：40-50%Al2O3,35-42%CaO,12-16%BaO,1.5- 5%SrOB系:A系中添加0.5-2%MgO,0.5-2.5%Y2O3用氧化物和碳酸盐为原料，按质量百分比组成称量，混匀后，在1500左右的高温下保温1.5-2.0小时，充分熔制，快速冷却，粉碎，磨细，制成浆待用。半透明氧化铝封接件过程图：2、焊料的组成对性能的影响以氧化铝和氧化钙为基的玻璃焊料，添加各种氧化物，可调节熔点，流动性，润湿性及抗钠腐蚀性能。例如，添加Na2O，B2O3，虽然流动性增大，但降低了抗钠腐蚀性能。A系和B系的热膨胀系数：100-800时，A系和B系的膨胀系数均比氧化铝大，封接后有所下降，原因是封接前A系和B系的焊料基本是玻璃相，封接后焊料结晶化。三、非氧化物系陶瓷的固相封接碳化物、氮化物等非氧化物陶瓷是理想的高温结构陶瓷，但是，陶瓷脆性难以保证在外应力作用下不破坏。因此希望制备陶瓷与金属复合材料。碳化物、氮化物等非氧化物陶瓷多采用固相封接法，即与陶瓷接触的固相由加压、加热法扩大接触面积，使各成分扩散，直至容积扩散而完成粘接。1、固相封接法的机理： 两个处于相互接触状态的表，在高温压力的作用下，其封接机理不仅很复杂，而且结合状态受很多参数的控制，但大体可分3个阶段：第一阶段：首先是面的接触，在温度和压力的作用下，初始 表面产生屈服和蠕变变形，然后由表面变化扩大接触面积。 第二阶段：通过变形和表面扩散，界面移动且空洞渐渐消失。 第三阶段：由体积扩散引起界面移动和空洞完全消失。 2、影响封接状态的因素：1温度：影响试样封接的全过程，因为接触面的屈服变形，蠕变，表面扩散，体积扩散，以及界面移动，空隙消除都与温度有关系。2压力：压力的作用主要对第一阶段的影响。3时间：时间与压力和温度相配合影响整个过程。4气氛：因试样的性质选择合适的气氛。还有要注意选择材料间的热膨胀差的影响，试样表面光滑程度，以及元素扩散速度差的影响。3、陶瓷的封接形式金属与陶瓷的封接形式甚多，就其基本结构而言，有对封、压封、穿封三种，几种基本封接形式如图。 （1）对封 如图(a)、(b)所示，通过焊封将金属化后的陶瓷端面上。这是一种工艺最简单的封接方式，其实 (b)是一种夹层焊封法，应力是均衡的；图中(a)瓷件在一边则不均衡，如金属件不太厚时，这样也能很好地工作；如金属件过薄，则不宜用直接对封。（2）压封 陶瓷与膨胀系数较大的金属如银、铜、镍等焊接时，则应采用如图中(c)所示的外压封，即金属件在外，瓷件在内，加热焊接时，金属套在瓷件外，冷却过程中金属能将瓷件箍紧，以保证足够的强度及气密性。图中(d)是(c)的一种改进，这样可以大大降低焊接前后配合加工的精度要求，使金属件与瓷件间保持弹性结合，封接件可在更大的温度范围内工作，并能承受更大的热冲击作用。 (3)、穿封 当穿封瓷件的金属件的直径较小，例如不大于1cm时，可以直接采用图中(e)所示的实心穿封。这是由于线径小，其膨胀系累计值不大，金属有较好的形变能力，故不易使瓷件炸裂。但如金属件较粗，而与瓷件的膨胀系数又相差较大时，则有将瓷件胀破之虑。所以应改用如图中(f)所示的压穿封。瓷件孔径较大，与金属件之间留有间隙，如将金属压片制成波纹形，还可以承受更大的热变化。 如果元器件本身结构比较简单，则可使用其中之一种，如小型密封电阻、电容、电路基片等。如元器件本身结构比较复杂时，则可使用其中2-3种形式组合而成，如常见的穿心式电容器或绝缘套管等，其焊接方式由(d)+(e)或(d)+(f)组合而成。 4、碳化物陶瓷与金属的封接示意图 SiC和镍基合金反应在700以上，形成反应层。在高温下Si和C向镍基合金扩散，而合金中的Ni向SiC扩散，结果在合金两侧形成Ni的硅化物，碳化物等反应层。5、氮化物陶瓷与金属的封接（1）SiN4与金属合金的封接 在惰性气体中，SiN4与奥氏体体的不锈钢AlSI-316和20/25/Nb钢，以及-铁系不锈钢，在825-900产生反应， 20/25/Nb钢反应显著， -铁系不锈钢最稳定。主要是因为：合金中的Fe,Cr,Ni与Si反应，形成硅化物层。SiN4与Ti封接时，界面上生成Ti5Si3，TiSi2， TiN。 SiN4与Fe封接时，在3GPa的压力下，1300时，保持30分钟，SiN4与Fe形成反应层，富含硅。（2）氮化物与金属的封接 真空中，AlN,TiN和BN与金属Mo封接表明，AlN与1500蒸发，但不发生反应。TiN分解而向Mo扩散。 BN与Mo反应生成Mo2B和MoB。这种反应的方法叫“当场烧结”封接法，其程序为：a,试样