金屬和陶瓷接頭的釬焊

由于其極大的靈活性和通用性，金屬和陶瓷的釬焊已被確立為一種非常廣泛使用的標準程序。通過釬焊，可以生產(chǎn)具有高強度的真空密封和熱穩(wěn)定化合物。金屬和陶瓷的釬焊尤其在電氣工程中得到確立。對于電氣絕緣部件、電流饋通件、大功率電子管、傳感器、晶閘管和二極管外殼，金屬陶瓷化合物的使用是最先進的。但鉆頭、切割沖頭和鍛模等工具也是由金屬陶瓷化合物制成的。將 Si3N4 渦輪增壓器轉子釬焊到金屬軸上是發(fā)動機制造中被廣泛引用的例子。在飛機和空間技術以及聚變和核工程中發(fā)現(xiàn)了進一步的應用。

陶瓷的上述高價值特性源于它們具有強原子鍵合力的離子/共價鍵特性。與金屬（具有金屬鍵）相比，這種根本不同的原子結構在將陶瓷釬焊到金屬時提出了兩個關鍵問題。第一個問題源于陶瓷的極性鍵結構。它們具有高表面張力，因此陶瓷不能被傳統(tǒng)的金屬熔體潤濕。此外，由于不同的熱物理特性（熱膨脹系數(shù)和彈性模量），在釬焊過程中會產(chǎn)生很強的內(nèi)應力。
                           

傳統(tǒng)金屬熔體對陶瓷的潤濕性差是由于陶瓷和金屬的原子結構不同，導致兩個接頭伙伴不相容。在金屬鍵中，原子主干被電子（電子氣）隨機包圍。然而，陶瓷的離子/共價鍵的特點是封閉的、非常穩(wěn)定的電子構型。因此，在將金屬釬焊到陶瓷上時，兩個連接部分之間的冶金反應（這在金屬釬焊中很常見）是不可能的。釬料金屬在沒有充分潤濕的情況下在陶瓷上形成液滴（潤濕角 θ ≈ 180°；見圖 (a)）。通過外延效應（結構調(diào)整）或通過電位差，只能實現(xiàn)釬料金屬在陶瓷上的最小附著力。盡管有不同的結合結構，為了允許陶瓷潤濕，已經(jīng)建立了兩種釬焊金屬-陶瓷化合物的工藝變體：一方面是金屬化陶瓷的釬焊，另一方面是活性釬焊。