钛与陶瓷的钎焊技术的分析介绍

钛与陶瓷的钎焊多采用Ag-Cu-Ti系钎料。Ag-Cu-Ti系钎料对钛合金和陶瓷材料润湿性良好，可与这两种母材形成良好冶金结合。

采用0.1mm厚的64Ag-34.5Cu-1.5Ti（数字代表每种元素的质量分数，%）箔状钎料可实现工业纯钛与Macor®玻璃陶瓷（质量分数为SiO₂46%，Al₂O₃16%，MgO17%，K₂O10%，B₂O₃7%）的钎焊，钎焊在真空炉中进行，通过在试样加重物施加2.56×10^- MPa的接触压力，钎焊温度和保温时间对钎焊接头的抗剪强度有影响（见表9-15）。850℃×10min规范钎焊接头的抗剪强度（68MPa）最高，达Macor®玻璃陶瓷抗剪强度（80MPa）的85%^[60]。

采用Ag-21Cu-4.5Ti箔带在900℃×5min规范下钎焊的SiO₂玻璃陶瓷/TC4接头剪切强度达到27MPa，强度高于Ti-Zr-Cu-Ni钎料对应的接头^[61]。

表9-15 不同规范钎焊Ti/Macor®接头的平均抗剪强度^[60] Table 9-15 Average shear strength of Ti/Macor®joints brazed under different condition[60](www.xing528.com)

由于包括钛合金在内的金属材料与陶瓷的线胀系数相差较大，在钛合金与陶瓷材料进行钎焊时，接头内会产生较大的热应力，导致接头强度低甚至失效。为此有研究者提出，在钎缝中添加低线胀系数的增强相，以减缓由于钛合金与陶瓷线胀系数失配带来的热应力，并提高钎焊接头的高温性能。例如，在钎焊TC4钛合金与SiC陶瓷时，在67.6%Ag-26.4%Cu-6%Ti（质量分数）的钎料合金粉末中加入相当于15%～30%（体积分数）TiC的（Ti+C）粉末（Ti与C的摩尔比为1∶1），经920℃×30min真空钎焊（加重物施加2.2×10^-3MPa的微压），Ti和C原位合成TiC，形成以TiC颗粒强化的连接良好的TC4/SiC复合接头。形成的TiC分布于Ag相和Cu-Ti相中，TiC的形成明显降低了接头的热应力[62]。以67.6%Ag-26.4%Cu-6%Ti（质量分数）的纯金属粉末混合物作为钎料，并在混合钎料粉末中加入30%～50%（体积分数）的W粉，真空钎焊TC4与SiC（加重物施加217Pa的微压）。W颗粒均匀分布在钎焊缝的Ag相中，未与Ag-Cu-Ti基体发生冶金反应。在较低的钎焊温度和较短保温时间（890℃×10min）的规范下，形成组织结构均匀，连接良好的复合接头。W的加入降低了接头的热应力；而较高钎焊温度和保温时间（920℃×30min）的规范，则容易在近缝区陶瓷中产生裂纹^[63]。