摘要：综述了金属和陶瓷常用的钎焊工艺和部分瞬间液相(r,rlp)钎焊法，指出了金属和陶瓷钎焊的难点，展望了其发展趋势。活性
金属钎焊能有效改善陶瓷表面的润湿性，具有广泛的应用前景，而pn』p法为金属与陶瓷的高强度耐热连接开辟了一个新途径，正不断
引起人们极大的兴趣和关注。
关键词：金属； 陶瓷；
中图分类号：tg454
钎焊； 部分瞬间液相钎焊
文献标识码：a
工程陶瓷以其优异的耐高温、耐腐蚀、耐磨损的性能特
点．已发展成为被普遍认可的高性能结构材料，但陶瓷件塑性
差、不耐冲击．使其应用受到限制i1]。金属和陶瓷的钎焊技术
可以实现2种材料性能优点的相互结合，从而有效扩大其应用
范围。是当前材料科学和工程领域的研究热点之一。钎焊是采
用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到钎料
熔点和母材熔点之间的温度，利用液态钎料润湿母材、填充接
头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法[2]。由于普通金
属钎料在陶瓷表面润湿性很差。因此提高钎料在陶瓷表面的润
湿性是保证钎焊质量的关键。此外，金属和陶瓷物理性能、力
学性能的不匹配也是影响钎焊的重要因素。
1 金属和陶瓷钎焊的难点
金属陶瓷钎焊的主要难点在于冶金不相容和物性不匹配。
冶金不相容是指钎料熔化后对陶瓷不浸润，难以在熔接区和陶
瓷实现原子间的冶金结合：物性不匹配是指金属陶瓷的热膨胀
系数差异太大。在钎焊结合区存在很大的应力梯度。钎焊产生
的热应力使连接强度降低、质量难以满足需要。目前常常通过
添加活性元素以改善钎料在陶瓷表面的润湿性，采用添加缓冲
层的方法来解决金属陶瓷物性不匹配的问题。缓冲层分为软性
缓冲层、硬性缓冲层和软硬双层缓冲层三大类。软性缓冲层的
热膨胀系数较高，夹在金属钎料与陶瓷之间可以解决热膨胀不
匹配引起的残余应力．但与金属间的连接往往不够理想． 因此
在某些情况下采用软硬双层缓冲层：一层是与陶瓷有较好结合
强度的软性缓冲层；一层是低膨胀系数的硬性缓冲层．夹在钎
料与陶瓷之间进行施焊．这种方法能够在一定的程度上改善接
头性能。但缓冲层增多使施焊工艺复杂．并且使缓冲层变厚，
收稿日期：2007一o1—15：修回日期：2007—07—12
基金项目： 国防科学技术工业委员会项目(jpp，r一115—298)
陶瓷与金属的连接实际上会变成依靠缓冲层来连接，致使钎焊
接头各项性能指标下降。
2 常用的金属和陶瓷钎焊方法
目前常用的钎焊方法有陶瓷表面金属化法 和活性金属
法 。
2．1 陶瓷表面金属化法
陶瓷表面金属化法，也称为两步法[5]，是先对陶瓷表面进
行金属化处理．采用烧结或其它方法在陶瓷表面涂镀一层金属
作为中间层，然后用钎料把金属镀层和金属钎焊在一起。陶瓷
表面金属化的方法有很多，如mo—mn法、气相沉积、化学镀
和离子注入等问，常用的是mo-mn法，一般工艺过程为：将mo—
mn粉制成膏剂涂在陶瓷表面，在1 000—1 800 oc的n2或h2气氛中
烧结后，表面形成玻璃相，同时部分金属氧化物被还原，产生
金属表面层，最后在表面镀上一层金属(常用镍) 。mo—mn
法烧结金属粉末的常用配方和烧结工艺参数见表1。目前。
mo—mn法在工业上已得到广泛应用。但这种传统的连接方法
工艺复杂，费时耗资。
表1 常用的mo-mn法金属化配方和烧结工艺参数
序 配方组成(质量分数) ％) 涂层厚度 金属化温度
． 号 适用陶瓷
mo idn mno al sio2 ca0 mgo fe m 保温时间／min
，
1 80 20 75％aj2o3 30—m 1 350．30—6o
2 45 18．2 20．9 12．1 2-2 1 1 0．5 95％aj 6 70 1 470，60
3 65 17．5 7．5(95瓷 95％aj203 35—45 1 550．60
4 59 95％a1203
．5 17．9 12．9 7．9 1．8 (m 6o 8o 1 510．50
g-aj—si)
5 50 17．5 19．5 l1．5 1．5 透明刚玉 50～6o 1 400—1 500．40
99％bno 1 400，30
6 70 9 12 8 1 40 o
95％aj2o1 1 500．60
气相沉积法包括物理气相沉积(pvd)、化学气相沉积
(cvd)和等离子反应法。对于a1n，sic等非氧化物陶瓷与金
2 ·专题综述· 焊接技术 第36卷第5期2oo7年1o月
属的连接，大多采用pvd法。文献[8]介绍了一种应用脉冲等
离子束和pvd法对a1 0，陶瓷预金属化表面改性的方法，5次脉
冲后陶瓷表面形成纳米尺度厚度的 0 膜．再用pvd法沉积约
2 m厚的ti 0或金属 ；改性后的a1 0，陶瓷在初始压力为1o pa
的真空炉中采用agcu28合金钎料与可伐合金钎焊连接． 接头
抗拉强度达9o mpa。
此外，张永清 等人用化学镀的方法在a1 0，陶瓷表面镀ni，
厚度约48 i-tm，然后在辉光钎焊炉中用ag—cu钎料与q235钢钎
焊连接．接头抗剪强度达到了78 mpa；朱胜_103等人研究了用射
频溅射薄膜改善a1n陶瓷与金属连接性的方法：用射频溅射法
将 。al沉积~ua1n表面．然后在真空炉中用厚度为o．1 mm的
agcul9．5ti3in5钎料钎焊连接a1n (ti膜)一cu，a1n (a1膜)一cu；
加压所配质量20 g，温度1 173 k，保温20 min，接头的平均抗
剪强度分别达到120 mpa和127 mpa，与相同工艺条件下未经
表面改性i~a1n／agcu19．5ti3in5／cu钎焊相比．强度提高了3o
mpa以上。
2．2 活性金属法
活性金属法．也称为一步法．是采用活性钎料直接对金属
与陶瓷进行钎焊．它利用金属与陶瓷之间的钎料在高温下熔
化．其中的活性组元与陶瓷发生化学反应，形成稳定的反应梯
度层，将两层不同材料结合在一起的方法。文献[11]介绍，在
钎料中添加表面活性元素可使陶瓷表面润湿性得到明显改善，
， zr．hf，pd．v，nb等过渡族或稀有金属元素具有很强的
化学活性．加至钎料中在高温下对氧化物、硅酸盐等物质具有
较大的亲和力，可和cu，ni，ag，au等一起制成金属陶瓷钎
焊的活性钎料。活性钎料在两界面处可以产生机械或化学结
合，机械结合是指钎料颗粒嵌入或渗入陶瓷表层微孑l区，而化
学结合是钎料和基体间的物质转移和反应，它们会大大促进润
湿性。关于活性金属法的封接机理仍是一个有争议的问题， 目
前取得比较一致的见解是：钛与钎料金属接触，在温度高于钎
料金属的熔点时，便形成了含钛的液相合金，在更高的温度
下．其中部分液相活性金