陶瓷与金属钎焊的特点

钎焊是利用陶瓷与金属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使两种材料结合在一起。

陶瓷材料含有离子键或共价键，表现出非常稳定的电子配位，很难被金属键的熔融金属润湿，所以用通常的熔焊或钎焊方法使金属与陶瓷产生熔合或钎合是很困难的。为了使陶瓷与金属达到钎焊的目的，应使钎料对陶瓷表面产生润湿，或提高对陶瓷的润湿性。例如，采用活性金属Ti在界面形成Ti的化合物，可使陶瓷表面获得良好的润湿性。

陶瓷与金属的钎焊比金属材料之间的钎焊复杂得多，多数情况下要对陶瓷表面进行金属化处理或采用活性钎料才能进行钎焊。为了改善被焊陶瓷表面的润湿性，陶瓷与金属常用的钎焊工艺有如下两种。

1.陶瓷-金属化法（也称为两步法）

陶瓷-金属化法是先在陶瓷表面进行金属化后，再用普通钎料与金属钎焊。陶瓷表面金属化最常用的是Mo-Mn法，此外还有蒸发金属化法、溅射金属化法、离子注入法等。

Mo-Mn法是最常用的一种陶瓷表面金属化法在Mo粉中加入质量分数为10％～25％的Mn以改善金属镀层与陶瓷的润湿性。Mo-Mn法由陶瓷表面处理、金属膏剂化、配制与涂敷、金属化烧结、镀镍等工序组成。

蒸发金属化法是利用真空镀膜机在陶瓷上蒸镀金属膜，如先蒸镀Ti、Mo，再在Ti-Mo金属化层上电镀一层Ni。这种方法的特点是蒸镀温度低（300～400℃），能适应各种不同的陶瓷，获得良好的气密性。

溅射金属化法是将陶瓷放入真空容器中并充入氩气，利用气体放电产生的正离子轰击靶面，将靶面材料溅射到陶瓷表面上形成金属化膜。这种方法能在较低的沉积温度下形成高熔点的金属层，适用于各种陶瓷，特别是BeO陶瓷的表面金属化。(www.xing528.com)

离子注入法是将Ti等活性元素的离子直接注入陶瓷表面，使陶瓷上形成可以被一般钎料润湿的表面。以Al₂O₃陶瓷为例，离子注入量为2×10¹⁶～3.1×10¹⁷个／cm²时，Ti的注入深度可达50～100nm，陶瓷表面润湿性得到大大改善。

2.活性金属化法（也称为一步法）

采用活性钎料直接对陶瓷与金属进行钎焊。在钎料中加入活性元素，使钎料与陶瓷之间发生化学反应，形成反应层和结合牢固的陶瓷与金属结合界面。反应层主要由金属与陶瓷的化合物组成，可以被熔化的钎料润湿。

活性金属化法常用的活性金属是过渡族金属，如Ti、Zr、Hf、Nb、Ta等。这些金属元素对氧化物、硅酸盐等有较大的亲和力，可以在陶瓷表面形成反应层。反应层主要由金属与陶瓷的复合物组成，这些复合物可以被熔化的金属润湿，达到与金属钎接的目的。

陶瓷与金属钎焊用钎料含有活性元素Ti、Zr或Ti、Zr的氧化物和碳化物，它们对氧化物陶瓷具有一定的活性，在一定的温度下能够直接发生反应。

采用Ag-Cu-1.75Ti钎料在氩气中钎焊Si₃N₄陶瓷和Cu的研究表明，金属Cu表面越光滑，Si₃N₄／Cu钎焊接头的抗剪强度越高。钎焊时稍施加压力（2.5kPa），使先熔化的富Ag钎料被挤出，剩余的钎料中富Cu相增多，减缓接头应力，可以提高接头的抗剪强度。但压力进一步增大后，钎料被挤出太多，Ti不足以与陶瓷反应并润湿陶瓷，会降低接头的抗剪强度。