真空釬焊的鈦與氧化鋁陶瓷 陶瓷的連接比金屬與金屬的連接更困難，因?yàn)樘沾刹粫?huì)被用于釬焊的填充金屬潤濕。陶瓷的這種不潤濕傾向需要進(jìn)行表面改性以提高陶瓷對(duì)釬料金屬的潤濕。這項(xiàng)工作的重點(diǎn)是使用純金作為填充金屬將氧化鋁 (Al2O3) 陶瓷與 Ti 金屬連接起來。需要使用純金，因?yàn)楫?dāng)接頭組件從釬焊溫度冷卻到室溫時(shí)，它釋放熱應(yīng)力（通過使純金釬焊塑性變形），因?yàn)樗巧锵嗳莸摹Ｅc使用純金相關(guān)的缺點(diǎn)是，金的高熔點(diǎn)高于 Ti 的同素異形轉(zhuǎn)變，并且鈦和金反應(yīng)并形成一系列金屬間化合物 (IMC)，其中一些易碎且可能對(duì)性能有害的聯(lián)合大會(huì)。通過了解金屬間化合物隨溫度和時(shí)間的反應(yīng)和生長動(dòng)力學(xué)，可以避免或最小化這些金屬間化合物的形成，從而提高接頭強(qiáng)度。這是通過電阻加熱要釬焊的部件來實(shí)現(xiàn)的?？焖匐娒}沖用于加熱零件，而不是在爐中使用緩慢加熱，為金屬間化合物 (IMC) 的形成和生長提供足夠的時(shí)間。 Ta電極用作加熱元件，熱蒸發(fā)器（JEOL JEE-4X）用于真空環(huán)境，大電流數(shù)字電源用于電阻加熱過程中的電流源以釬焊零件。陶瓷與金屬釬焊過程中必須克服的挑戰(zhàn)是 (i) 液體釬焊合金對(duì)陶瓷的潤濕傾向差 (ii) 熱膨脹系數(shù) 3 陶瓷和金屬之間的不匹配導(dǎo)致界面處產(chǎn)生應(yīng)力以及 (iii) ) 釬料和金屬之間的相互作用。

鈦是對(duì)空氣、氮?dú)饣驓錃夥浅；顫姷慕饘?。在目前的工作中，釬焊是在熱蒸發(fā)器內(nèi)的 5 X 10-4 帕斯卡量級(jí)的真空中進(jìn)行的。氧化鋁陶瓷在釬焊前通過濺射對(duì)金具有良好潤濕性的難熔金屬薄膜在要制成釬焊接頭的區(qū)域金屬化（初始工作使用 500 nm 厚的 Nb 金屬）。純度為 99.99% 的純金金屬預(yù)制棒使用釬焊填充金屬。展示了在氦檢漏儀上泄漏率約為 1.6 X 10-8 atm-cc/sec 的密封接頭。在目前的工作中進(jìn)行電阻釬焊的優(yōu)點(diǎn)是釬焊可以以更快的升溫速率進(jìn)行，整個(gè)過程不到一分鐘即可完成。這很重要，因?yàn)?Ti 與金發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致金和 Ti 之間發(fā)生 4 4 種金屬間化合物反應(yīng)，如圖 1.2 [1] 中的二元相圖所示。其中兩種金屬間化合物可能很脆，因?yàn)樗鼈儧]有固溶性。脈沖電阻加熱的使用限制了熔融金與鈦相互作用的時(shí)間，因此這些金屬間相的生長減少了。形成金屬間化合物的問題無法完全避免，但已大大減少。當(dāng)使用掃描電子顯微鏡 (SEM) 和掃描透射電子顯微鏡 (STEM) 分析樣品時(shí)，觀察到 IMC 的形成。對(duì) Ti 表面上的金進(jìn)行的潤濕研究顯示了基材材料的反應(yīng)潤濕和溶解。使用快速加熱工藝的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，Ti 在 883 o C 時(shí)會(huì)經(jīng)歷從 α 相到 β 相的同素異形轉(zhuǎn)變，并且 β 相中的晶粒生長動(dòng)力學(xué)要快一個(gè)數(shù)量級(jí) Ti 和 Au 的二元相圖 [ 1] 5 比在 alpha 階段 [2-3]。這會(huì)導(dǎo)致最終產(chǎn)品中的晶粒尺寸較大，從而導(dǎo)致鈦金屬較軟，這對(duì)器件的性能是不利的。還對(duì)不同金屬上的金進(jìn)行了潤濕研究，以確定陶瓷金屬化的最佳薄膜。 在這兩種情況下都需要較低的潤濕角，因?yàn)檩^低的潤濕角有助于熔融金在要連接的金屬之間的擴(kuò)散和毛細(xì)上升。