[科普中國(guó)]-陶瓷金屬封接

金屬-陶瓷結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)首先依賴于金屬材料與陶瓷的氣密連接，稱為封接。金屬陶瓷封接是以金屬釬焊技術(shù)為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的，但與金屬和金屬的釬焊不同的是，焊料不能浸潤(rùn)陶瓷表面，因而也就不能直接將陶瓷與金屬連接起來。

為了解決焊料與陶瓷的浸潤(rùn)問題，經(jīng)過多年的實(shí)踐研究，人們總結(jié)出了2種方法：陶瓷金屬化法和活性金屬法。前者是在陶瓷表面涂覆上一層與陶瓷結(jié)合牢固的金屬層，后者則是在陶瓷表面涂覆上一層化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬層，該活潑金屬層能使焊料與陶瓷浸潤(rùn)。

封接方法陶瓷與金屬的封接到目前為止比較成熟的有難熔金屬法與活性金屬法兩種。

難熔金屬法：在滑石瓷表面上涂以鉑、鎢或錸的金屬粉末與黏合劑調(diào)成的槳或在這些粉末中再加入少量的鐵或錳以改善其結(jié)合性能，并在氫和氮的氣氛中燒結(jié)后再與金屬焊接。目前比較成熟，常用的就是鋁-錳法。

活性金屬法：用鐵粉或氫化欽粉，有黏合劑調(diào)成的漿涂在陶瓷與金屬焊接的部位上，不先單獨(dú)燒結(jié)就直接加上焊料（純銀、銀銅焊料或鉛、錫、銦等低溫焊料）與金屬部件裝架在一起，然后在真空下，一次燒成。

上述二種方法，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，前者工藝程序多，但容易控制，便于大量生產(chǎn)。后者工藝步驟簡(jiǎn)單，但不易控制。1

要求良好的陶瓷與金屬封接，其封接處應(yīng)滿足如下要求：

1．具有良好的真空氣密性，印使在高溫時(shí)也不應(yīng)喪失；

2．具有一定的機(jī)械強(qiáng)度；

3．在長(zhǎng)時(shí)間高于工作溫度的條件下，其電氣性能與機(jī)械性能應(yīng)保持不變；

4．能承受住急劇的溫度變化；

5．工藝簡(jiǎn)單，適于成批生產(chǎn)；

6．封接處尺寸的公差應(yīng)很小。

鉬錳法陶瓷金屬化陶瓷金屬化實(shí)現(xiàn)金屬一陶瓷封接的方法一般是利用金屬粉末涂在陶瓷表面，然后在還原氣氛(氫氣)中高溫?zé)Y(jié)，從而在陶瓷表面形成一層金屬層的過程，所以這種方法又稱為燒結(jié)金屬粉末法。根據(jù)金屬粉末的配方不同，它又有鉬錳法、鉬鐵法、鎢鐵法等，其中以鉬錳法應(yīng)用最廣泛，工藝最成熟。

機(jī)理鉬錳法陶瓷金屬化的簡(jiǎn)單機(jī)理是：以鉬粉、錳粉為主要原料，再添加一定數(shù)量的其他金屬粉，以及作為活性劑的金屬氧化物，如氧化鋁、氧化鎂、二氧化硅、氧化鈣等，在還原性氣氛中高溫?zé)Y(jié)。在高溫條件下，氧化錳和配方中的其他氧化物互相溶解和擴(kuò)散，生成熔點(diǎn)和黏度都比較低的玻璃狀熔融體。

這些熔融體向陶瓷中擴(kuò)散與滲透，同時(shí)對(duì)陶瓷中的氧化鋁晶粒產(chǎn)生溶解作用，并與陶瓷中的玻璃相作用生成新的玻璃態(tài)熔融體，并又反過來向金屬化層中擴(kuò)散與滲透，并浸潤(rùn)略微氧化的鉬海綿表面。冷卻后，陶瓷與金屬化層界面附近的互相滲透的熔融體變成玻璃相，從而在陶瓷與海綿鉬之間形成一層過渡層。由于鉬層不易被焊料所浸潤(rùn)，因此還需要在金屬化鉬層上鍍上一層鎳，鍍鎳后在于氫氣氛中進(jìn)行再燒結(jié)，使鉬層與鎳層結(jié)合牢固，稱為二次金屬化。

特點(diǎn)鉬錳法在各種陶瓷的金屬化中應(yīng)用得十分普遍，其主要優(yōu)點(diǎn)是：

(1)工藝成熟、穩(wěn)定；

(2)封接強(qiáng)度高，特別適合微波管在苛刻的機(jī)械和氣候條件下應(yīng)用；

(3)可以多次返修而不致破壞金屬化層；

(4)對(duì)焊料、金屬化膏劑配方以及燒結(jié)氣氛的要求不很嚴(yán)格，工藝容易掌握。

鉬錳法的缺點(diǎn)是金屬化溫度高，容易影響陶瓷的質(zhì)量；而且要求高溫氫爐；工序周期比較長(zhǎng)。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李曉林 - 教授 - 西南大學(xué)