陶瓷/金屬的連接及應用

  特種陶瓷材料雖然具有優異的絕緣(大部分陶瓷)、耐高溫、抗腐蝕性能及耐磨性能，但其脆性大，加工性能很差難以制備出大型或者是形狀復雜的結構件。金屬材料具有優良的室溫強度、韌性、導電性和導熱性，與陶瓷材料在性能上形成了一種明顯的互補關系。使用連接技術將兩種材料可靠的結合起來，就可以充分利用各自的優良性能，制造出滿足要求的復雜構件。

 

  由于陶瓷材料與金屬材料化學鍵結構根本不同，加上陶瓷本身特殊的物理化學性能，因此無論是與金屬連接還是陶瓷自身的連接都存在不少的難題。其主要體現在如下兩個問題，其一：陶瓷材料主要由離子鍵和共價鍵組成，金屬材料則主要是由金屬鍵構成，二者幾乎不浸潤，因此需要考慮陶瓷與金屬材料的潤濕性問題，其二：兩者的線膨脹系數一般相差較大，當采用熱封或者機械連接時，陶瓷與金屬的接頭處會有較大的應力殘留，削弱接頭的力學性能甚至使接頭受到破壞開裂，因此需考慮結頭處的熱應力緩解問題。

 

  常見的連接方式是采用釬焊工藝，利用熔點低于被焊材料的金屬或非晶材料做釬料，加熱到低于被焊件母材熔點，高于釬料熔點溫度，利用融化的釬料來潤濕母材、填充焊縫，實現被焊材料相互連接。

 

 

 

 

 

  固相擴散連接是目前研究較多的耐高溫陶瓷/金屬連接方式，其工作原理是：兩個同種或異種材質在高溫及一定壓力下緊密接觸，表面發生塑性變形，原子間實現相互擴散，形成良好的接頭。

 

  該工藝的優點是接頭處質量穩定，連接強度高，可焊接較大截面的接頭，一次可焊多個接頭，效率較高，可增加中間層，對陶瓷材料無需表面金屬化。但該法工藝過程復雜，可滿足高溫和耐蝕條件下的應用要求。對連接表面狀態和連接設備要求高。

 

 

 

 

 

客戶實驗設備：P2型 真空熱壓燒結多功能一體爐

 

 

 

 

 

   實驗步驟：

   1、抽真空（抽至10^-2Pa）；

   2、升溫加熱（升溫至1250℃，升溫速率15℃/min）；

      3、1250℃保溫100min（1小時40min）；

      4、1250℃保溫15min時開始（加壓）加力6t，加力過程持續60min（溫度1250℃）；

   5、加力6t完成之后保壓15min（溫度仍為1250℃）；

   6、卸載壓力，10min壓力卸載至0（溫度仍為1250℃）；

   7、壓力卸載完成，隨爐從1250℃自動降溫至室溫。 

       

 

實驗圖集

 

 

 

產品動態圖

 

  真空熱壓燒結完美的達成了客戶的實驗工藝要求，側開門結構，非常適合大尺寸的模具裝卸，操作方便。實驗過程中，壓力及位移控制準確，精度高，保證了擴散連接工藝的壓制精度，整個工作區爐溫均勻性好，壓制的產品質量高，金屬基材沒有出現過熱熔化的現象。