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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(zhuǎn)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(shù)以及聚變和核工程中發(fā)現(xiàn)了進(jìn)一步的應(yīng)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(jié)構(gòu)在將陶瓷釬焊到金屬時提出了兩個關(guān)鍵問題。第一個問題源于陶瓷的極性鍵結(jié)構(gòu)。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(yīng)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(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)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(gòu)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(yīng)（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(yīng)（結(jié)構(gòu)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(jié)合結(jié)構(gòu)，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。