陶瓷直接钎焊工艺

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)东北大学 作者:张以忱

  陶瓷金属化形成的各种钎焊接头, 因为存在着涂层或镀层, 使陶瓷组件在高温使用受到限制, 难以发挥陶瓷高温稳定的优越性, 要求人们寻找直接钎焊的方法。

  陶瓷直接钎焊能够解决因盲孔或几何尺寸因素而不能完全进行金属化预处理零件的连接问题, 能大大简化钎焊工艺和满足陶瓷构件高温使用的要求。这种方法是使用含有Ti 或Zr 的活性元素的钎料, 直接把陶瓷与金属、陶瓷与陶瓷、陶瓷与石墨等钎焊起来。直接钎焊选用的钎料熔化温度较高, 能满足陶瓷构件高温状态使用的要求。为避免构件材料因热膨胀系数不同而产生裂纹, 可在二者之间夹置一层缓冲层。根据使用条件, 选用钎料应尽可能将钎料夹置在两个被钎焊零件之间或放置在利用钎料填充间隙的位置, 然后象普遍真空钎焊一样进行钎焊。

  对于金属陶瓷, 例如含10% 游离硅和少于500ppm 铁和铝的碳化硅陶瓷, 可以选用锗粉作为钎料直接钎焊, 将锗粉夹置在陶瓷件之间, 锗粉厚度为20~200 μm, 本底真空度抽到10-2Pa,工作真空度为8×10-2Pa, 钎焊温度1180℃, 保温10min, 获得的钎缝组织为Ge-Si 固溶体, 重熔温度高达1200℃, 能够用于较高温度的环境下。在热交换器和红外辐射源一类生产中, 经常把氧化铝陶瓷与耐碱性腐蚀金属Ta、Nb及合金钎焊在一起, 钎焊工艺采用等离子喷涂设备, 在氧化铝陶瓷表面喷涂一层钨或钼, 然后将配制好的混合钎料( Ni 粉+ Fe 粉17% 或Nb 粉+ Ni 粉15% , 用粘结剂混合, 放入滚筒内研磨几个小时,以促使钎料粉悬浮于粘结剂中) 涂在陶瓷与金属的结合面上, 厚度为0.125~0.25 mm, 干燥几小时后, 装入真空炉钎焊, 冷态本底真空度抽到8 ×10- 3 Pa, 工作真空度不低于3 ×10-2 Pa, 钎焊温度1500℃~1675℃, 保温5~10 min, 如此获得的钎缝致密, 抗拉强度可达140MPa , 接头抗腐蚀性能良好, 钎缝能承受1000℃以上的高温。

  由于陶瓷的导热性差, 钎焊加热的速率不能太快, 钎焊保温时, 需要较长时间才能达到温度的均匀; 加之塑性差, 加热或冷却速率不当, 均会引起变形, 并导致陶瓷开裂。因之, 钎焊工艺参数的正确选择, 对陶瓷钎焊具有更重要的意义。

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