金属烤瓷材料与金属结合技术

金属与金属烤瓷的结合，是讨论得很多的问题，一般认为，两者之间存在机械结合、物理结合和化学结合三种形式。机械结合，是指两者表面的嵌合，作用是比较小的。物理结合，是指两者之间的范德华力，即分子之间的吸引力，在两者之间表面极度清洁和光滑的情况下，才能充分显示它的作用。化学结合，是指金属中的锡、铟等元素与烤瓷中的氧原子氧化所产生的原子间的结合，但氧化层愈厚，结合力愈低。但是，无论那种结合形式，在金属与烤瓷这两种完全不同质的材料结合界面，都存在必须相匹配的问题。这种匹配涉及两者的热膨胀系数、烤瓷烧结温度与金属熔点的关系、两者结合界面的润湿状态等三方面的影响。

（一）热膨胀系数问题

热膨胀系数，在金属烤瓷匹配的三个影响因素中，占主要地位。当金属冠核与烤瓷的热膨胀系数不一致时，在烧结冷却过程中，烤瓷很容易产生龟裂而剥脱。若烤瓷的热膨胀系数大于金属的热膨胀系数时，在烧结冷却过程中，烤瓷产生拉应力，而金属产生压应力。此时，在烤瓷层产生龟裂、破碎。若烤瓷的热膨胀系数小于金属的热膨胀系数时，在烧结冷却过程中，烤瓷产生压应力，而金属产生拉应力。此时，两者界面烤瓷侧产生裂隙，导致烤瓷层剥脱。当两者的热膨胀系数相等时，界面稳定，结合良好，但往往难以达到这种状态。所以，在一般情况下，烤瓷的热膨胀系数稍稍小于金属的热膨胀系数，两者之差在0～0.5×10-6/℃的范围内最为理想。此时，两者的结合仍然稳定。（图34）

图34　金属烤瓷热膨胀系数的关系

A.烤瓷热膨胀系数大于金属　B.烤瓷热膨胀系数小于金属
C.烤瓷热膨胀系数等于金属　D.烤瓷热膨胀系数稍小于金属，在0～0.5×10-6/℃之间

为了获得金属与烤瓷的良好结合，可在烤瓷中加入热负膨胀系数的物质，如硅酸铝锂等，降低烤瓷的热膨胀系数，或在烤瓷中加入热膨胀系数大的物质，如白榴石晶体（又称斜长石，即KaO·A12O3·4SiO2晶体），增加烤瓷的热膨胀系数，这样就能调整烤瓷的热膨胀系数，达到适应不同金属相结合的目的。另方面，还可在烤瓷中加入氧化锡、氧化铝等，不仅可以改善烤瓷的透明性，而且可以提高烤瓷与金属的结合强度，增进修复效果。

（二）烤瓷的烧结温度与金属熔点的关系

只能在烤瓷的烧结温度低于金属的熔点时，烤瓷熔融后，才能牢固地烧附在金属表面上。烧结冷却时，烤瓷不会产生龟裂，金属也不会产生变形。反之，金属先熔而不能使用。

（三）烤瓷与金属结合界面的润湿问题(www.xing528.com)

为了使熔融后的烤瓷能与金属形成良好的结合，烤瓷与金属的结合界面必须保持良好的润湿状态，这样，就要求金属表面极度清洁和光滑，要求烤瓷熔融时的流动性要好。另外也可加入微量的非贵金属之素，减小金属的表面张力，获得良好的润湿界面，使烤瓷牢固地烧附在金属表面上，从而达到两者的良好结合。

图34　金属烤瓷热膨胀系数的关系

A.烤瓷热膨胀系数大于金属　B.烤瓷热膨胀系数小于金属
C.烤瓷热膨胀系数等于金属　D.烤瓷热膨胀系数稍小于金属，在0～0.5×10-6/℃之间

为了获得金属与烤瓷的良好结合，可在烤瓷中加入热负膨胀系数的物质，如硅酸铝锂等，降低烤瓷的热膨胀系数，或在烤瓷中加入热膨胀系数大的物质，如白榴石晶体（又称斜长石，即KaO·A12O3·4SiO2晶体），增加烤瓷的热膨胀系数，这样就能调整烤瓷的热膨胀系数，达到适应不同金属相结合的目的。另方面，还可在烤瓷中加入氧化锡、氧化铝等，不仅可以改善烤瓷的透明性，而且可以提高烤瓷与金属的结合强度，增进修复效果。

（二）烤瓷的烧结温度与金属熔点的关系

只能在烤瓷的烧结温度低于金属的熔点时，烤瓷熔融后，才能牢固地烧附在金属表面上。烧结冷却时，烤瓷不会产生龟裂，金属也不会产生变形。反之，金属先熔而不能使用。

（三）烤瓷与金属结合界面的润湿问题

为了使熔融后的烤瓷能与金属形成良好的结合，烤瓷与金属的结合界面必须保持良好的润湿状态，这样，就要求金属表面极度清洁和光滑，要求烤瓷熔融时的流动性要好。另外也可加入微量的非贵金属之素，减小金属的表面张力，获得良好的润湿界面，使烤瓷牢固地烧附在金属表面上，从而达到两者的良好结合。