陶瓷直接釬焊工藝

真空封接 張以忱 東北大學

  陶瓷金屬化形成的各種釬焊接頭, 因為存在著涂層或鍍層, 使陶瓷組件在高溫使用受到限制, 難以發揮陶瓷高溫穩定的優越性, 要求人們尋找直接釬焊的方法。

  陶瓷直接釬焊能夠解決因盲孔或幾何尺寸因素而不能完全進行金屬化預處理零件的連接問題, 能大大簡化釬焊工藝和滿足陶瓷構件高溫使用的要求。這種方法是使用含有Ti 或Zr 的活性元素的釬料, 直接把陶瓷與金屬、陶瓷與陶瓷、陶瓷與石墨等釬焊起來。直接釬焊選用的釬料熔化溫度較高, 能滿足陶瓷構件高溫狀態使用的要求。為避免構件材料因熱膨脹系數不同而產生裂紋, 可在二者之間夾置一層緩沖層。根據使用條件, 選用釬料應盡可能將釬料夾置在兩個被釬焊零件之間或放置在利用釬料填充間隙的位置, 然后象普遍真空釬焊一樣進行釬焊。

  對于金屬陶瓷, 例如含10% 游離硅和少于500ppm 鐵和鋁的碳化硅陶瓷, 可以選用鍺粉作為釬料直接釬焊, 將鍺粉夾置在陶瓷件之間, 鍺粉厚度為20~200 μm, 本底真空度抽到10-2Pa,工作真空度為8×10-2Pa, 釬焊溫度1180℃, 保溫10min, 獲得的釬縫組織為Ge-Si 固溶體, 重熔溫度高達1200℃, 能夠用于較高溫度的環境下。在熱交換器和紅外輻射源一類生產中, 經常把氧化鋁陶瓷與耐堿性腐蝕金屬Ta、Nb及合金釬焊在一起, 釬焊工藝采用等離子噴涂設備, 在氧化鋁陶瓷表面噴涂一層鎢或鉬, 然后將配制好的混合釬料( Ni 粉+ Fe 粉17% 或Nb 粉+ Ni 粉15% , 用粘結劑混合, 放入滾筒內研磨幾個小時,以促使釬料粉懸浮于粘結劑中) 涂在陶瓷與金屬的結合面上, 厚度為0.125~0.25 mm, 干燥幾小時后, 裝入真空爐釬焊, 冷態本底真空度抽到8 ×10- 3 Pa, 工作真空度不低于3 ×10-2 Pa, 釬焊溫度1500℃~1675℃, 保溫5~10 min, 如此獲得的釬縫致密, 抗拉強度可達140MPa , 接頭抗腐蝕性能良好, 釬縫能承受1000℃以上的高溫。

  由于陶瓷的導熱性差, 釬焊加熱的速率不能太快, 釬焊保溫時, 需要較長時間才能達到溫度的均勻; 加之塑性差, 加熱或冷卻速率不當, 均會引起變形, 并導致陶瓷開裂。因之, 釬焊工藝參數的正確選擇, 對陶瓷釬焊具有更重要的意義。