1玻璃－金屬封接
玻璃－金屬封接的主要問題為兩者的物理化學(xué)不相容和熱應(yīng)力問題。玻璃的主要成分為SiO2，Al2O3，為典型的非金屬資料，為共價(jià)鍵銜接構(gòu)造，而金屬則以電子云的方式分離，招致熔融狀態(tài)的玻璃資料在金屬外表無法潤濕鋪展，從而無法到達(dá)玻璃－金屬的封接。此外，玻璃與普通金屬的熱收縮系數(shù)相差很大，即便兩者可以潤濕銜接，也會在冷卻過程中產(chǎn)生較大的應(yīng)力，以至呈現(xiàn)玻璃炸裂的現(xiàn)象。針對物理化學(xué)不相容性問題，主要采用金屬資料外表改性的辦法，以到達(dá)熔融玻璃與金屬的潤濕鋪展。
在電真空行業(yè)，目前普遍應(yīng)用的金屬外表改性辦法是金屬外表預(yù)氧化，首先在含氧氣氛中加熱金屬外表，使外表產(chǎn)生與基體分離嚴(yán)密的氧化膜（如Fe2O3，F(xiàn)e3O4等），該氧化膜可與熔融的玻璃潤濕鋪展，從而處理玻璃－金屬物理化學(xué)不相容問題。
針對玻璃－金屬封接應(yīng)力問題，目前主要采用開發(fā)熱收縮系數(shù)相近的玻璃、金屬的辦法。目前在玻璃－金屬封接中應(yīng)用較為普遍的金屬資料為Fe－Co－Ni系收縮合金（如4J29）和封接玻璃（如DM－308）。陳文莉等人［1］經(jīng)過添加金屬氧化物（MnO2，Co2O3等）等對DM－308型電子玻璃停止改性，使玻璃的抗彎強(qiáng)度進(jìn)步7％，并改善了玻璃與可伐合金的封接強(qiáng)度，使兩者封接面的抗剪強(qiáng)度進(jìn)步了15．6％。剖析指出，添加金屬氧化物加速界面處可伐合金中的金屬元素向玻璃中的擴(kuò)散是改善封接性能的主要緣由。
胡忠武等人［2］采用金相、XRD，SEM等手腕，研討了氧化膜的連續(xù)性、厚度對玻璃－可伐合金封接件的透氣率、抗拉強(qiáng)度的影響。研討指出，只要當(dāng)金屬氧化物的摩爾體積與金屬元素的摩爾體積之比略大于1時(shí)，金屬外表才干構(gòu)成掩蓋連續(xù)且致密的氧化膜；具有尖晶石構(gòu)造的氧化膜對封接有利，且氧化膜的最佳增重為3～7g%2Fm2。
DongqiangLei等人［3］針對太陽能接納器玻璃－可伐封接的單薄環(huán)節(jié)，應(yīng)用高頻感應(yīng)加熱方式，對預(yù)先氧化的可伐合金與玻璃停止封接實(shí)驗(yàn)，并測試了接頭的密封性能、接頭強(qiáng)度、抗溫度沖擊性能及分離面的顯微組織。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明，0．3～0．8mg%2Fcm2的可伐合金預(yù)氧化增重條件可得到良好的玻璃－可伐封接接頭。筆者還應(yīng)用實(shí)驗(yàn)丈量和ANSYS有限元辦法［4］測定和計(jì)算了太陽能接納管可伐與玻璃封接接頭的剩余應(yīng)力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果相吻合，并指出接頭的單薄點(diǎn)不只呈現(xiàn)在玻璃－可伐的封接面，玻璃表面面靠近封接面處也是應(yīng)力集中較大的區(qū)域。此外，金屬環(huán)伸入玻璃管的長度越大，則接頭的最大剩余應(yīng)力就減小。
2陶瓷－金屬封接
與玻璃－金屬封接類似，陶瓷－金屬封接亦有2種資料物理化學(xué)不相容和熱應(yīng)力問題。陶瓷－金屬封接工藝主要經(jīng)過陶瓷外表燒結(jié)金屬化層的方式完成與金屬資料的外表潤濕。對熱應(yīng)力的釋放則依賴于金屬化層和釬焊過程中釬料的變形弛緩沖。
陶瓷-金屬封接普遍采用的是燒結(jié)金屬粉末法（如活性鉬－錳法），該銜接工藝主要包括陶瓷的處置、膏粉的制備、涂膏、金屬化燒結(jié)、鍍鎳、二次金屬化、釬焊等過程。陶瓷外表金屬化層的質(zhì)量是決議整個陶瓷－金屬封接接頭的主要環(huán)節(jié)。
目前對該種辦法的研討主要集中在陶瓷外表金屬化的機(jī)理研討、外表金屬化強(qiáng)度進(jìn)步、陶瓷與金屬化層強(qiáng)度表征等。
北京真空電子技術(shù)研討所對陶瓷－金屬封接工藝及機(jī)理展開了大量研討工作。張巨先等人［5］研討了不同陶瓷外表金屬化時(shí)金屬粉與陶瓷相的互相作用機(jī)理。針對w（Al2O3）95％陶瓷采用Mo含量不同的粉末對陶瓷外表金屬化，指出在金屬化過程中，Mo顆粒構(gòu)成骨架網(wǎng)絡(luò)，金屬粉中的玻璃相填充骨架網(wǎng)絡(luò)的空隙，并與w（Al2O3）95％陶瓷中的玻璃相融和，經(jīng)過毛細(xì)作用滲入陶瓷，得到有一定強(qiáng)度的致密金屬化層，當(dāng)玻璃相含量較高時(shí)，會在骨架網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)成較多的內(nèi)閉口吻孔。
針對高純Al2O3陶瓷［6］，由于陶瓷內(nèi)部無玻璃相及玻璃相遷移通道，其金屬化主要經(jīng)過Al2O3相外表細(xì)小顆粒的溶解、沉淀、析出及玻璃相對Al2O3陶瓷外表的潤濕過程，完成致密構(gòu)造。趙世柯等人［7］采用傳統(tǒng)的Mo-Mn法對透明Al2O3陶瓷停止了金屬化，取得了氣密性牢靠的陶瓷-金屬封接件，并指出金屬化層與陶瓷之間的分離主要來源于金屬化層中的玻璃態(tài)物質(zhì)外表良好的潤濕性。由于制備工藝的限制，陶瓷內(nèi)部存在隨機(jī)的內(nèi)部和外表缺陷，則其與金屬封接接頭的強(qiáng)度具有很大的分散性。
石明等人［8］采用Weibull統(tǒng)計(jì)和正態(tài)散布，對氧化鋁陶瓷的封接強(qiáng)度停止統(tǒng)計(jì)剖析，實(shí)驗(yàn)標(biāo)明，Weibull模數(shù)和變異系數(shù)能夠表征資料強(qiáng)度的離散性。
3陶瓷－金屬活性釬焊
陶瓷－金屬活性釬焊工藝應(yīng)用傳統(tǒng)的釬焊辦法，經(jīng)過在釬料中添加活性成分（Ti，Zr等），能夠增大釬料對氧化物、硅酸鹽等物質(zhì)的親和力，完成釬料對陶瓷外表的潤濕和鋪展，完成陶瓷－金屬的釬焊，而釬料對金屬側(cè)的潤濕才能普通都較強(qiáng)，因而對其研討較少。相關(guān)于陶瓷－金屬封接工藝，陶瓷－金屬活性釬焊具有工序少、周期短、封接溫度低、零件變形小等優(yōu)點(diǎn)，因而成為近年來陶瓷－金屬銜接方向的研討熱點(diǎn)。
YLiu等人［9］研討了SiC陶瓷的活性釬焊（Ag－35．25Cu－1．75Ti）工藝（溫度、保溫時(shí)間）對接頭力學(xué)行為的影響，研討指出，隨著釬焊溫度的升高，釬焊接頭的彎曲強(qiáng)度升高，但隨著保溫時(shí)間的延長，活性釬料與陶瓷間的反響厚度增大，構(gòu)成較多的脆性金屬間化合物，使接頭的力學(xué)性能降落。此外，筆者經(jīng)過XRD手腕剖析了界面的反響產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)陶瓷與活性釬料的銜接面由SiC%2F連續(xù)細(xì)小的TiC層%2F不連續(xù)粗大的Ti5Si3層%2F填充合金層組成，從而考證了活性元素Ti與SiC陶瓷間的反響產(chǎn)物。ZWYang等人［10］研討了SiO2－BN陶瓷與因瓦合金的Ag－21Cu－4．5Ti活性釬焊。
釬焊溫度為1113~1173K，保溫時(shí)間為5~30min。經(jīng)過掃描電鏡和投射電鏡剖析發(fā)現(xiàn)，非晶態(tài)SO2在釬焊過程中活性較低，而h－BN與Ti反響生成細(xì)晶反響層的活性較大，釬焊過程中構(gòu)成了100~150nm厚的TiN－TiB2反響層，從而完成了陶瓷與金屬的銜接接頭。而因瓦合金中的Fe，Ni元素與Ti元素反響生成Fe2Ti，Ni3Ti，并固溶在Ag－Cu基體中，隨著脆性相Fe2Ti，Ni3Ti含量的增高，接頭的抗剪才能降落。李卓然等人［11］研討了95％氧化鋁陶瓷與低碳鋼Ag－Cu－Ti活性釬焊反響機(jī)理。實(shí)驗(yàn)采用的釬焊溫度為950℃，保溫時(shí)間為5min。
經(jīng)過XRD辦法對接頭不同區(qū)域的物相停止剖析發(fā)現(xiàn)，接頭由Al2O3陶瓷%2FTi3Cu3O%2FTi3Al＋TiMn＋TiFe2＋Ag＋Cu%2FTiC%2F低碳鋼組成，釬料中的活性元素Ti，一方面和Cu與Al2O3反響構(gòu)成Ti3Cu3O和Ti3Al，另一側(cè)由于Ti是強(qiáng)碳化物構(gòu)成元素，招致Ti向低碳鋼側(cè)擴(kuò)散與C充沛接觸，同時(shí)較小的C原子也快速向釬料層擴(kuò)散，構(gòu)成連續(xù)的TiC層，另外與Fe，Mn分離生成TiFe2和TiMn。
4陶瓷－金屬過渡液相擴(kuò)散焊
陶瓷－金屬的活性釬焊工藝可完成兩者的牢靠銜接，但接頭的高溫高應(yīng)力下的環(huán)境順應(yīng)性較差，這是由于活性釬焊的銜接溫度較低，若進(jìn)步釬焊溫度又會惹起熱應(yīng)力的增大。而陶瓷－金屬的過渡液相擴(kuò)散焊可較好地處理此問題。陶瓷－金屬過渡液相擴(kuò)散焊的中間層普通為復(fù)合中間層，即由一薄層低熔點(diǎn)金屬或合金熔敷在相對較厚的高熔點(diǎn)中心層上。
低熔點(diǎn)薄層凝結(jié)后擴(kuò)散進(jìn)入高熔點(diǎn)資料并與之反響，使液相消逝，構(gòu)成的合金或中間層性質(zhì)取決于高熔點(diǎn)中心資料的物理性質(zhì)。JiuchunYan等人［12］研討了采用Cu%2FNi%2FCu中間層銜接Al2O3陶瓷與6061鋁合金。
釬焊溫度為580℃，隨著保溫時(shí)間的延長，接頭的抗剪強(qiáng)度呈進(jìn)步趨向；釬縫部位有純Ni層、Al0．9Ni1．1化合物層、Al基固溶體的存在；釬縫中的Al－Cu的共晶組織加強(qiáng)了Ni層的擴(kuò)散，并縮短了釬焊時(shí)間。MBrochu等人［13］研討了運(yùn)用Cu－Ti%2FNi%2FAl中間層部分過渡液相擴(kuò)散銜接Si3N4陶瓷和FA－129鐵鋁合金。預(yù)加壓應(yīng)力為300kPa，首先以10℃%2Fmin的加熱速度加熱到950~1100℃，并保溫30min，之后以5℃%2Fmin的速度加熱到1100~1200℃，并保溫1．5～6h完成平均化過程，最后以55℃%2Fmin的速度降溫到300℃。
其中Cu－Ti以粉末狀夾在Si3N4%2FNi之間，而Al以箔狀夾在Ni%2FFA－129之間，最終接頭的彎曲強(qiáng)度約為80MPa。李京龍等人［14］以Ti%2FNi%2FTi為中間層，應(yīng)用部分過渡液相擴(kuò)散辦法對多孔C%2FSiC資料停止了銜接。中間層中的活性元素Ti對C%2FSiC潤濕性能良好，因此構(gòu)成了可以沿銜接界面孔隙滲入C%2FSiC基體內(nèi)。
接頭冷卻后可構(gòu)成“扎釘構(gòu)造”，從而進(jìn)步接頭的銜接強(qiáng)度。
5結(jié)語
無機(jī)非金屬資料與金屬資料分別具有其共同的力學(xué)、電學(xué)性能，兩者的銜接被普遍應(yīng)用于工業(yè)消費(fèi)及科研工作中。無機(jī)非金屬資料與金屬資料的銜接難點(diǎn)主要是物理化學(xué)性不相容及銜接的熱應(yīng)力問題。
（1）玻璃－金屬封接工藝對金屬（如Kovar合金）外表預(yù)氧化以到達(dá)與玻璃的潤濕銜接，Kovar合金則具有與玻璃相近的熱收縮系數(shù)，從而減小銜接熱應(yīng)力。
（2）陶瓷－金屬封接工藝對陶瓷外表涂膏、燒結(jié)、電鍍后，構(gòu)成與陶瓷致密銜接的金屬化層，從而能夠直接與金屬資料釬焊得到契合請求的接頭。
（3）陶瓷－金屬活性釬焊應(yīng)用活性元素（如Ti等）直接與陶瓷相反響銜接，可很大水平上減少工藝復(fù)雜性。
（4）陶瓷－金屬過渡液相擴(kuò)散焊工藝參加中間層設(shè)計(jì)，可大幅減小接頭的釬焊應(yīng)力，進(jìn)步接頭的力學(xué)性能，提升接頭的高溫高應(yīng)力環(huán)境順應(yīng)性。總之，不同的銜接工藝均有其偏重點(diǎn)與優(yōu)優(yōu)勢，在工業(yè)消費(fèi)及科研活動中，需求依據(jù)實(shí)踐請求及經(jīng)濟(jì)性等方面選擇適宜的非金屬資料－金屬資料銜接辦法。
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