陶瓷/金屬的連接及應(yīng)用

  特種陶瓷材料雖然具有優(yōu)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(fù)雜的結(jié)構(gòu)件。金屬材料具有優(yōu)良的室溫強(qiáng)度、韌性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，與陶瓷材料在性能上形成了一種明顯的互補(bǔ)關(guān)系。使用連接技術(shù)將兩種材料可靠的結(jié)合起來(lái)，就可以充分利用各自的優(yōu)良性能，制造出滿足要求的復(fù)雜構(gòu)件。

 

  由于陶瓷材料與金屬材料化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)根本不同，加上陶瓷本身特殊的物理化學(xué)性能，因此無(wú)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(xiàn)在如下兩個(gè)問(wèn)題，其一：陶瓷材料主要由離子鍵和共價(jià)鍵組成，金屬材料則主要是由金屬鍵構(gòu)成，二者幾乎不浸潤(rùn)，因此需要考慮陶瓷與金屬材料的潤(rùn)濕性問(wèn)題，其二：兩者的線膨脹系數(shù)一般相差較大，當(dāng)采用熱封或者機(jī)械連接時(shí)，陶瓷與金屬的接頭處會(huì)有較大的應(yīng)力殘留，削弱接頭的力學(xué)性能甚至使接頭受到破壞開(kāi)裂，因此需考慮結(jié)頭處的熱應(yīng)力緩解問(wèn)題。

 

  常見(jiàn)的連接方式是采用釬焊工藝，利用熔點(diǎn)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(diǎn)，高于釬料熔點(diǎn)溫度，利用融化的釬料來(lái)潤(rùn)濕母材、填充焊縫，實(shí)現(xiàn)被焊材料相互連接。

 

 

  固相擴(kuò)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(gè)同種或異種材質(zhì)在高溫及一定壓力下緊密接觸，表面發(fā)生塑性變形，原子間實(shí)現(xiàn)相互擴(kuò)散，形成良好的接頭。

 

  該工藝的優(yōu)點(diǎn)是接頭處質(zhì)量穩(wěn)定，連接強(qiáng)度高，可焊接較大截面的接頭，一次可焊多個(gè)接頭，效率較高，可增加中間層，對(duì)陶瓷材料無(wú)需表面金屬化。但該法工藝過(guò)程復(fù)雜，可滿足高溫和耐蝕條件下的應(yīng)用要求。對(duì)連接表面狀態(tài)和連接設(shè)備要求高。

 

 

客戶實(shí)驗(yàn)設(shè)備：P2型 真空熱壓燒結(jié)多功能一體爐

 

實(shí)驗(yàn)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(shí)40min）；

      4、1250℃保溫15min時(shí)開(kāi)始（加壓）加力6t，加力過(guò)程持續(xù)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(dòng)降溫至室溫。

 

實(shí)驗(yàn)圖集

 

 

產(chǎn)品動(dòng)圖

 

   

  真空熱壓燒結(jié)完美的達(dá)成了客戶的實(shí)驗(yàn)工藝要求，側(cè)開(kāi)門(mén)結(jié)構(gòu)，非常適合大尺寸的模具裝卸，操作方便。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，壓力及位移控制準(zhǔn)確，精度高，保證了擴(kuò)散連接工藝的壓制精度，整個(gè)工作區(qū)爐溫均勻性好，壓制的產(chǎn)品質(zhì)量高，金屬基材沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)熱熔化的現(xiàn)象。