氧化铝陶瓷-金属真空钎焊工艺研究

作者:唐光明;魏小明;杨鑫;徐丽艳;王剑星;张忠模; 刊名:焊接技术 上传者:祁新生

【摘要】介绍了采用真空钎焊工艺技术进行304不锈钢件与金属化氧化铝陶瓷进行焊接的试验研究情况,同时也研究了以无氧铜和Ag Cu28Ni1.5合金作为金属化氧化铝陶瓷-金属钎焊钎料的钎焊工艺及性能。结果表明:无氧铜及Ag Cu28Ni1.5合金是钎焊金属-陶瓷的2种综合性能良好的活性钎料。

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0前言一般情况下,氧化铝陶瓷具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、高强度、高硬度、绝缘性良好等特性,但其加工性能、焊接性能很差。而金属材料却具有耐高温、耐腐蚀、高强度、导电性能良好等优点,且机械加工性能、焊接性能良好。随着高性能结构陶瓷应用领域的不断扩大和高科技的发展需要,很多组件常常需要陶瓷和金属材料的综合性能。通过陶瓷金属化真空钎焊工艺能够将陶瓷和金属有机地结合在一起,从而获得兼有陶瓷和金属性能优点的复合结构件[1]。由于陶瓷材料结构与金属材料微观结构不同,钎料往往不能润湿陶瓷表面,也不能与之作用而形成牢固的粘结,因而陶瓷与金属的封接是一种特殊的工艺方法,即陶瓷金属化的方法:先在陶瓷需要钎焊的表面牢固地粘附1层金属薄膜,使该表面具有金属特性,再实现陶瓷与金属的钎焊。经相关资料介绍,现有钼锰法、镀金法、镀铜法、镀锡法、镀镍法、LAP法(激光后金属镀)等多种陶瓷金属化工艺[2]。真空钎焊是熔点比基体金属低的钎料熔化后借助毛细作用填满接头间隙从而获得不可拆卸接头的一种工艺方法。真空钎焊工艺具有无需采用助钎剂、钎焊点因脱氧而韧性好等优点。近几年来,随着科学技术的不断发展,钎焊技术在各工业部门中占据着越来越重要的地位,尤其是在电气仪表及国防等工业中已成为不可取代的工艺方法。例如:大型制氧机、汽车和轮船上用的形状复杂的热交换器(油冷却器、蒸发器和散热器等)、喷气发动机中形状复杂的蜂窝结构、电气零件、精密机械零件等都必须采用钎焊[3]。本文在真空钎焊方面进行了一系列工艺试验及生产应用研究。钎焊的关键是接头的装配间隙、钎焊工艺参数的正确选择和真空钎焊工艺等方面。现就w(Al2O3)95%陶瓷与304不锈钢的真空钎焊技术研究进展情况进行叙述。1试验以w(Al2O3)95%陶瓷与304不锈钢为基材,无氧铜、AgCu28Ni1.5为钎料,ZG90A型真空钎焊炉为钎焊设备,利用陶瓷金属化钎焊工艺,进行w(Al2O3)95%陶瓷与304不锈钢的密封钎焊试验研究。研究试验流程如图1所示。图1研究试验流程w(Al2O3)95%瓷件制备不锈钢零件制备钎料制备陶瓷金属化真空钎焊1.1w(Al2O3)95%瓷件制备按照设计图样要求进行w(Al2O3)95%陶瓷胚件压制、高温烧结。为保证尺寸精度,对烧结的陶瓷件进行磨削加工。1.2陶瓷金属化陶瓷在金属化之前,应按照一定的要求对瓷片进行挑选、清洗等相关处理,以达到无毛刺飞边、无凸起、无孔洞,瓷片光滑、洁净的要求。然后,对需金属化的陶瓷面采用丝网印刷结合涂覆的方式涂印上钼锰浆,再进行1500金属化烧渗,重复进行第2次涂印钼锰浆、烧渗,再进行电镀镍金属薄膜,1200氢气烧结。1.3不锈钢零件制备采用304不锈钢材料,按照设计图样要求加工不锈钢零件,再清洗、镀镍、1100氢气烧结。1.4钎料制备钎焊意味着固体金属表面被某种熔化合金浸润。从热力学角度来考虑浸润过程,可用自由能来解释:F=U-TS,式中:F是自由能;U是内能;S是熵。F与2种因素有关,即与内能和熵的改变有关。一般S常常趋向于最大值,因此促使-TS也变得更小。实际上,当固体与液体接触时,如果自由能F减少,即F是负值,则整个系统将发生反应或趋向于稳定状态。由此可知,熵是浸润的促进因素,因为熵使F的值变得更小。F的符号最终决定于U的大小和符号,它控制着浸润是否能够发生。为了产生浸润,钎料的原子必须与固体的原子接触,这就引起位能的变化,如果固体原子吸引钎料,热量被释放出来,U是负值。如果不考虑U的大小和量值,那么,熵值的改变与表面能的改变有同样的意义,浸润同样是有保证的。在基体金属和钎料之间产

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