2.4.3 陶瓷与陶瓷及金属与陶瓷之间的钎焊工艺

1.金属与陶瓷之间钎焊的注意事项

（1）合理选择金属与陶瓷之间的匹配 选择线胀系数相近的金属与陶瓷匹配，如钛与镁橄榄石陶瓷和镍与95%Al₂O₃陶瓷的钎焊，它们在800℃之内的线胀系数基本一致。还可以利用金属的塑性变形来降低钎焊接头的残余应力，如无氧铜与95%Al₂O₃陶瓷之间的钎焊。虽然金属与陶瓷之间的线胀系数相差较大，但是，由于可以利用无氧铜良好的塑性和延展性来降低钎焊接头的应力，仍可得到优质的钎焊接头。选择高强度、高热导率陶瓷，如BeO、AlN等，也可以降低钎焊接头的应力，改善钎焊接头性能。图2-18给出了金属与陶瓷钎焊结构的应用实例。

（2）利用金属件的弹性变形来降低钎焊应力利用薄壁金属零件的弹性变形，设计出绕形结构以释放应力，如图2-19所示。

（3）避免应力集中 陶瓷零件应避免尖角厚度的突变，尽量采用圆形或者圆弧过渡。

（4）合理地选择钎料 选择屈服强度低和塑性好的钎料，如Ag-Cu共晶、纯Ag、纯Cu、纯Au等，以最大限度地释放应力。由于这些纯金属价格昂贵，因此钎料应尽可能地薄及选择适当的焊脚长度，一般以0.3～0.6mm为宜。

2.陶瓷-金属钎焊工艺

（1）陶瓷金属化钎焊工艺 以Mo-Mn陶瓷金属化钎焊为例，钎焊步骤如下：

1）零件的清洗。陶瓷零件可以在超声波清洗机中用清洗液清洗，然后用离子水清洗后烘干。金属零件要经过碱洗或者酸洗，以去除其表面的油污和氧化膜等，并用清水清洗和烘干。

2）涂膏。涂抹已经调配好的Mo-Mn膏剂（粉末粒度1～5μm），用毛刷涂抹到需要金属化的陶瓷表面上，涂层厚度为30～60μm。

3）陶瓷金属化。将涂抹好的陶瓷件放入氢气炉中，在1300～1500℃的温度下保温0.5～1h。

4）镀镍。金属化层是Mo-Mn层，难以被钎料润湿，必须镀上一层4～5μm厚的镍。

5）装配。将处理好的金属和陶瓷或者陶瓷与陶瓷的待钎焊面夹上钎料。

6）钎焊。将装配好的工件置入氢气炉或者真空炉中进行钎焊，钎焊温度由钎料决定，并选择合适的加热和冷却速度。

7）出炉检验。按要求进行检验。

（2）活性钎焊加工工艺 以活性金属Ag-Cu-Ti系钎料的钎焊为例，钎焊步骤如下：

1）零件的清洗。陶瓷零件可以在超声波清洗机中用清洗液清洗，然后用离子水清洗后烘干。金属零件要经过碱洗或者酸洗以去除其表面的油污和氧化膜等，并用清水清洗和烘干。

2）制膏。用纯度大于99.7%、粒度为270～360号筛的钛粉，加入质量分数约为钛粉1/2的硝酸棉溶液及少量草酸二乙酯稀释，调成糊状。

3）涂膏。用毛刷将活性金属Ti钎料的膏剂均匀涂抹到陶瓷被钎焊表面上，涂层厚度为25～40μm。

4）装配。将晾凉膏剂后的陶瓷件之间或者与处理好的金属待钎焊面之间夹上Ag-Cu系钎料（如AgCu28）。

5）钎焊。在真空炉中钎焊，真空度为5×10-3Pa时，逐渐缓慢升温到780℃，使钎料熔化，然后再升温到820～840℃，保温3～5min（温度过高或者保温时间过长都会使活性元素与陶瓷反应过于强烈，引起组织疏松）后缓慢冷却。必须注意加热和冷却速度，以免因为加热和冷却太快而形成裂纹。

6）出炉检验。按要求进行检验。