《陶瓷的连接》PPT课件.ppt

材料连接新技术第五章 陶瓷材料的连接,主要内容,陶瓷材料的性能特点陶瓷连接的要求和存在的问题陶瓷材料的焊接性问题陶瓷材料的连接方法,1.陶瓷材料概论 1.1 陶瓷概念,第一节 陶瓷材料的性能特点,陶瓷的英文名为Ceramic，起源于希腊语Keramos(意为陶器)陶瓷是指以各种金属的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物为原料，经适当配料、成型和高温烧结等人工合成的无机非金属材料。,1.2 陶瓷的分类,按陶瓷概念和用途来分类,结构陶瓷，是指那些利用其高强度、高硬度、良好的耐磨性等力学性能及耐高温、耐腐蚀、抗氧化等特性，作为结构部件使用的陶瓷材料。功能陶瓷，是指那些利用其电、磁、声、光、电、热等直接效应和耦合效应所提供的一种或是多种性质来实现某种使用功能的特种陶瓷。,特种陶瓷与传统陶瓷区别,物质结构：指组成材料的化学键和晶体结构显微结构：指在显微镜下看到的结构 陶瓷具有多相多晶体结构：由晶相(1)、玻璃相(2)和气相(3)所组成,1.3.陶瓷材料的结构,1.3.1 晶相,晶相是陶瓷材料的主要组成相，对陶瓷的性能起决定性作用。,晶相的性质：结合键是离子键、共价键、混合键,陶瓷晶相具有牢固结合键的性质，是陶瓷材料具有高熔点、高耐热性、高硬度、高耐蚀性和无塑性的根本原因,氧化物结构的结合键以离子键为主，又称离子晶体。Si3N4、SiC、BN等以共价键为主，称共价晶体。,-石英,-鳞石英,-方石英,熔融SiO2,-石英,-鳞石英,-鳞石英,方石英,石英玻璃,SiO2的同素异构转变,有些晶相存在同素异构转变，同一种化合物能够获得不同的晶体结构,晶粒越细，强韧性越高细晶强化是提高陶瓷材料强韧性的有效措施晶粒愈细，陶瓷的强度愈高。如刚玉（Al2O3）晶粒平均尺寸为200m时，抗弯强度为74MPa，1.8m时抗弯强度可高达570MPa。,主晶相的性质是决定陶瓷性能的主要因素,玻璃相是一种非晶态固体，是陶瓷烧结时，各组成相与杂质产生一系列物理化学反应形成的液相在冷却凝固时形成的非晶态物质。,1.3.2 玻璃相,玻璃相的作用,将分散的晶相粘结在一起；降低烧结温度；抑制晶相的晶粒长大填充气孔。,气相指陶瓷孔隙中的气体即气孔。是生产过程中不可避免的，陶瓷中的孔隙率常为510%，要力求使其呈球状，均匀分布。气孔对陶瓷的性能有显著影响，使陶瓷强度降低、介电损耗增大，电击穿强度下降，绝缘性降低。,1.3.3 气相,气相可使陶瓷的密度减小，并能吸收振动；用作保温的陶瓷和化工用的过滤多孔陶瓷等需要增加气孔率，有时气孔率可高达60。,陶瓷材料的结合键特点陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等，因而其结合键以离子键(如Al2O3)、共价键(如Si3N4)及两者的混合键为主。,2.结构陶瓷的性能特点,(1)线胀系数 比金属低，大约10-510-6K 铜：17.710-6K 铝：2310-6K 铁：11.7610-6K 镁：24.310-6K 随气孔率增加，陶瓷的热胀系数降低(2)熔点 比金属高得多，一般在2000以上 铜：1083 铝：660 铁：1538 镁：650 故陶瓷高温强度和高温蠕变抗力优于金属。,2.1 物理性能,(3)导电性 大多数是良好的绝缘体 也有一些半导体，如NiO、Fe3O4等(4)导热性 导热性差，大多为良好的绝热体=10-210-5W/mK 随气孔率增加，陶瓷的热导率降低,(5)有些陶瓷具有特殊的光学性能 红宝石（-Al2O3掺铬离子）、钇铝石榴石、含钕玻璃等可作固体激光材料；玻璃纤维可作光导纤维材料，此外还有用于光电计数、跟踪等自控元件的光敏电阻材料。(6)磁性 磁性陶瓷又名铁氧体或铁淦氧，主要是Fe2O3和Mn、Zn等的氧化物组成的陶瓷材料，为磁性陶瓷材料，可用作磁芯、磁带、磁头等。,2.2 化学性能,化学稳定性高 原因：金属原子被非金属原子包围，受到非金属原子的屏蔽，因而形成极为稳定的化学结构。表现：抗氧化(不再与介质中的氧发生作用，甚至在1000的高温下也不会氧化)抗腐蚀(具有较强的抵抗酸、碱、盐类的腐蚀，以及抵抗熔融金属腐蚀的能力),2.3 力学性能,(1)硬度 硬度是各类材料中最高的，可作为刀具材料使用 高聚物20HV 淬火钢500800HV 陶瓷10005000HV(2)强度 抗压不抗拉，(抗拉强度很低，比抗压强度低一个数量级)，抗弯(抗弯强度高)。内部存在微裂纹和气孔等缺陷，是导陶瓷材料抗拉强度较低的原因,高弹性模量，E=100400GPa（金属210）,(3)塑性 在室温几乎没有塑性，韧性差，脆性大，是陶瓷的最大缺点,在拉力作用下产生一定的弹性变形后直接断裂,冲击韧性、断裂韧性低 KIC 约为金属的1/601/100,几种材料的断裂韧性,(4)高温强度高、蠕变抗力高作为耐高温材料，已在工程中获得广泛应用,3.几种常用的结构陶瓷,氧化物陶瓷是指包含氧元素的陶瓷，包括由金属与非金属元素的化合物构成的非均匀固体物质。主要由离子键结合，也有一定成分的共价键。最重要的氧化物陶瓷是几种简单类型的氧化物：AO，AO2，A2O3，ABO3和AB2O4等结构类型(A、B表示阳离子)。工程意义较大的是纯氧化物陶瓷，它们的熔点多数超过2000，应用最多的是SiO2，Al2O3，ZrO2，MgO，CaO，BeO，ThO2等，以及一些氧化物之间的化合物如3Al2O3Al2O3(尖晶石)等。,3.1 氧化物陶瓷,以-Al2O3为主晶相的陶瓷材料 晶体结构：Al2O3目前已知有10种同质异晶体，主要有三种晶型：-Al2O3-Al2O3-Al2O3,氧化铝陶瓷,-Al2O3的晶体结构,氧化铝的结构是O-2排成密排六方结构，Al+3占据间隙位置。根据含杂质的多少，氧化铝呈红色(如红宝石)或蓝色(如蓝宝石),氧化铝陶瓷的性能与用途,以基体中所含Al2O3质量分数分类(75瓷，95瓷，99瓷)随Al2O3的质量分数增加，机械强度，介电常数，导热系数等也提高,表3-3 几种氧化物陶瓷的化学组成,优点：硬度高、很好的耐磨性、耐蚀性和高温性能缺点：韧性低，抗热振性能差，不能承受温度的急剧变化用于制造刀具、模具、轴承、熔化金属的坩埚、高温热电偶套管，以及化工行业中的一些特殊零部件，如化工泵的密封滑环、轴套和叶轮等。,3.1.2 氧化锆陶瓷,研发历史20世纪20年代开始就被用做熔化玻璃和冶炼钢铁等的耐火材料；1968年，日本松下电器公司开发出氧化锆非线性电阻元件；1973年，美国R.Zechnall制得电解质氧传感器，能正确显示汽车发动机的空气/燃料比，1980年用于钢铁工业；1975年，澳大利亚以CaO为稳定剂制得部分稳定的氧化锆，并首次利用陶瓷马氏体相变的增韧相应，提高了其韧性和强度；1982年，日本绝缘子公司和美国Cummins发动机公司共同开发出节能柴油机缸套。,ZrO2陶瓷晶型及其转化,单斜(m)、四方(t)、立方(c)3种晶系,氧化锆陶瓷的应用,特点：密度大，硬度高，抗弯强度大,断裂韧性高(已知陶瓷中最高)应用：可用做内燃机气缸内衬、活塞顶等 耐磨、耐腐蚀器件 模具 高温发热体材料，在空气中最高发热温度可达2200 燃料电池材料等,其他氧化物陶瓷氧化镁陶瓷氧化铍陶瓷,3.2 非氧化物陶瓷,非氧化物陶瓷与氧化物陶瓷的区别：人工制备的烧结需在保护气氛中进行难熔、难烧结,3.2.1 氮化硅陶瓷,氮化硅陶瓷的优异性能对于现代技术经常遇到的高温、高速、强腐蚀介质的工作环境，具有特殊的使用价值。比较突出的性能有：（1）机械强度高，硬度接近于刚玉，有自润滑性，耐磨。室温抗弯强度可以高达8001000MPa，强度可以一直维持到1200不下降。（2）热稳定性好，热膨胀系数小，有良好的导热性能，所以抗热震性很好，从室温到1000的热冲击不会开裂。（3）化学性能稳定，几乎可耐一切无机酸（HF除外）和浓度在30%以下烧碱（NaOH）溶液的腐蚀，也能耐很多有机物质的侵蚀，对多种有色金属熔融体（特别是铝液）不润湿，能经受强烈的放射辐照。（4）密度低，比重小，仅是钢的2/5，电绝缘性好。,氮化硅的晶体结构,六方晶系，、两种晶型-Si3N4低温相，1500转变为高温相-Si3N4,氮化硅陶瓷的应用,用于制造火箭尾喷管的喷嘴、浇注金属用的喉嘴、电热偶套管、加热炉管以及燃气轮机的叶片、轴承等，还可用于热交换器、耐火材料等。,碳化硅陶瓷,两种晶型-SiC 六方结构-SiC 面心立方,碳化硅陶瓷的性能和用途,热导率高，优异的高温强度和高温蠕变高电阻率化学稳定性高性能比氮化硅更好,赛隆陶瓷,Si3N4-Al2O3-AlN-SiO2系列化合物的总称,塞隆陶瓷的性能,塞隆陶瓷的应用,高温烧结材料常温和高温下强度高，化学性能稳定优异的抗熔融腐蚀热机材料(发动机针阀)切削材料(热硬性好于Co-WC合金，1000以上高速切削)轴承等滑动部件及磨损件(直接烧制成所需尺寸),第二节 陶瓷连接的要求和存在的问题,1.陶瓷与金属连接的基本要求,陶瓷与金属材料的连接陶瓷与非金属材料的连接陶瓷与半导体材料的连接 陶瓷材料固有的硬脆性使其难以加工，难以制成形状复杂的高就，在工程应用上受到很大的限制。故陶瓷通常是与金属材料一起组成复合结构来使用。,1.1 陶瓷连接的形式,1.2 对接头性能的要求,必须具有较高的强度必须具有真空气密性接头的残余应力应最小，在使用过程中应具有耐热性、耐蚀性和热稳定性。焊接工艺应尽可能简化，工艺过程稳定，生产成本低。,2.陶瓷与金属连接存在的问题,线胀系数相差很大很大的残余应力控制应力的方法：减少焊接部位及其附近的温度梯度，控制加热和冷却速度 采用金属中间层,2.1 陶瓷与金属焊接中的热膨胀与热应力,2.2 陶瓷与金属很难润湿,为改善润湿可以采取的方法：采用活性金属 在陶瓷表面进行金属化处理,连接处易发生化学反应，易生成各种碳化物、氮化物、硅化物、氧化物以及多元化合物。这些硬度高、脆性大的化合物，是产生裂纹和造成接头脆性断裂的主要原因。,2.3 易生成脆性化合物,2.4 陶瓷与金属的结合界面问题,陶瓷与金属之间是通过过渡层而结合的，两种材料间的界面反应对接头的形成和组织性能有很大的影响。,线胀系数、弹性模量差异接头附近不均匀的热应力(陶瓷侧高应力)应力集中裂纹焊接温度与室温之差很大较大的残余应力,第三节 陶瓷材料的焊接性,1 焊接应力和裂纹,缓解较大的分布不均残余应力的措施：加入中间层,中间层的选择原则：选择弹性模量和屈服强度较低、塑性好的材料，通过中间层金属或合金的塑性变形，将陶瓷中的应力转移到中间层中，从而减小陶瓷/金属接头的应力。,主要选择的中间层单一金属：Cu、Ni、Nb、Ti、W、Mo、铜镍合金、合金钢两种不同的金属作为复合中间层，例如：Ni作为塑性金属，W作为低线胀系数材料中间层材料的预置方式：金属铂片金属粉末：真空蒸发、离子溅射、化学气相沉积、喷涂、电镀,中间层的影响：中间层厚度增大，残余应力降低若中间层与母材有化学反应生成脆性化合物，会使接头恶化,其他降低残余应力的特殊措施,合理选择被焊陶瓷与金属，在不影响接头使用性能的条件下，尽可能使两者的线胀系数相差最小。尽可能减小焊接部位及其附件的温度梯度，控制加热速度，降低冷却速度，有利于应力松弛而使焊接应力减小。采取缺口、突起和端部变薄等措施合理设计陶瓷与金属的接头结构。,2.界面反应及形成过程,接头界面反应的物相结构是影响陶瓷与金属结合的关键。这些相结构取决于陶瓷与金属(包括中间层)的种类，也与连接条件(如加热温度、表面状态、中间合金及厚度等)有关。,2.1 界面反应产物,例如：SiC与金属的反应，生产该金属的碳化物、硅化物或三元化合物、四元化合物、多元化合物、非晶相,例如：Si3N4与金属的反应，生成该金属的氮化物、硅化物或三元化合物,例如：Al2O3与金属的反应，生成该金属的氧化物、铝化物或三元化合物,2.2 扩散界面的形成,陶瓷与金属各方面的差异很大，中间层元素在两种母材中的扩散能力不同，造成中间层与两侧母材发生反应的程度也不同，所以产生扩散连接界面形成过程的非对称性。,例如：Al2O3-TiC复合陶瓷与W18Cr4V高速钢扩散连接，以Ti/Cu/Ti为中间层,2.3 扩散连接界面反应机理,(1)Al2O3-TiC/Ti界面(A)(2)Ti-Cu-Ti中间层内(B)(3)Ti/W18Cr4V界面近Ti侧(C)(4)Ti/W18Cr4V界面近W18Cr4V侧(D),反应层A主要为：TiO、Ti3Al和TiC相,反应层B主要为：CuTi、CuTi2和TiC,反应层C主要为：TiC和少量的FeTi相,反应层D主要是：Fe3W3C等碳化物和-Fe,W18Cr4V侧形成脱碳层,未反应的Fe以-Fe形式保存下来,Ti几乎出现在所有的界面反应产物中，表明Ti参与了界面反应的各个过程。在Al2O3-TiC/W18Cr4V扩散连接过程中，Ti是界面反应的主控元素。,2.3 扩散界面的结合强度,(1)加热温度温度提高界面扩散反应充分，接头强度提高。温度过高使陶瓷的性能发生变化，出现脆性相,(2)保温时间,(3)压力 为了使接触面处产生微观塑性变形，减小表面不平整和破坏表面氧化膜，增加表面接触面积，为原子扩散提供条件。,(4)表面粗糙度表面粗糙会在陶瓷中产生局部应力集中而引起脆性破坏,(5)连接环境避免了O、H等参与界面反应，有利于提高接头的强度,陶瓷与金属在化学键型、微观结构、物理性质和力学性能等方面存在极大的差异，采用常规的方法是很难讲它们连接在一起并满足使用要求的。这主要表现在：1陶瓷与金属的键型不同，连接时存在键型的转换和匹配问题，难以实现良好的冶金连接2陶瓷与金属的热胀差异很大，连接后容易产生很大的残余应力，难以获得高强度接头3陶瓷的热导率低，导电性差，抗热冲击能力弱，润湿性不好，这给连接工艺的确定带来了很大的困难。,第四节 陶瓷材料的连接方法,陶瓷与金属之间的连接方法，包括机械连接、粘接和焊接。常用的焊接方法主要有钎焊连接、扩散连接、电子束焊、激光焊等。,钎焊,定义：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高于钎料熔点、但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散而实现连接焊件的方法。,钎焊是一种古老的焊接方法。,一、钎焊原理及特点,1.钎焊原理钎焊是利用液态钎料在母材表面润湿、铺展与母材相互溶解和扩散以及在母材间隙中润湿、毛细流动、填缝与母材相互溶解和扩散而实现零件间的连接的。,(1)液态金属的填隙原理 液体金属能填充接头间隙，必须具备一定的条件，此条件就是润湿作用和毛细作用。,润湿作用润湿液态物体与固态物体接触后相互沾附的现象。,当液体处于自由状态，其将力图保持球形！当液体与固体接触，如果内聚力附着力，液体就不能沾附在固体表面不润湿！,当液体的附着力大于其内聚力时，液体就能粘附在固体表面发生润湿作用。,另一种解释：将某液滴置于固体表面，若液滴和固体界面的变化能使液-固体系自由能降低，则液滴将沿固体表面自动流开铺平，该现象为润湿。,当cos为正值时，即090，液体能润湿固体；当cos为负值时，即90180，液体不能润湿固体。,=0表示液体完全润湿固体；=180表示完全不润湿。钎焊时，钎料的润湿角应小于20。,衡量液体对母材润湿能力的大小，可用液相与固相接触时的接触夹角(润湿角)的大小来表示。,上述液体与固体相互润湿的前提是他们之间无化学反应发生。,从物理化学角度，O点处的力平衡，即：,润湿的基本条件,液体在两平行板间隙中，其液面高度会相对于板外液面自动上升或下降的现象。,毛细作用,a平行板的间隙，钎焊时为钎缝间隙；液体的密度；g重力加速度。,当90、h0，液体沿间隙上升润湿（酒精温度计）。当90、h0，液体沿间隙下降不润湿（水银温度计）。,钎焊时，只有在液态钎料能充分润湿母材的条件下（液面“上升”），钎料才能填满钎缝。,液体沿间隙“上升”的高度与间隙大小a成反比钎焊接头设计、装配时应使间隙小！液体沿间隙“上升”的速度与成反比应保证足够的钎焊温度和保温时间。,在实际生产中，绝大部分钎焊过程是毛细钎焊过程，即钎焊时液态钎料不是单纯地沿固态母材表面铺展，而是流入并填充接头间隙。间隙通常很小，类似毛细管。钎料就是依靠毛细作用而在间隙内流动的。以上结果也是指在液体与固体没有互相作用条件下得到的。,影响钎料润湿作用的因素：钎料和母材成分如二者在液态和固态下均无物理化学作用，则润湿作用差。如液态钎料与母材相互溶解或形成化合物，则润湿较好。可通过第三者的作用来改善润湿作用。钎焊温度利于润湿(钎料的表面张力降低)。太高，易使钎料流散、溶蚀或晶粒粗大。表面氧化物妨碍润湿(氧化物的表面张力比金属本身低得多，)。母材表面状态粗些好(纵横交错的细槽起特殊毛细作用)。钎剂适当的钎剂有良好作用(清除钎料和母材的表面氧化膜)。,在实际填缝过程中，液态钎料与固态金属母材间存在着溶解、扩散作用，致使液态钎料的成分、密度、粘度和熔点都发生变化。液态钎料填缝速度是不均匀的，钎料填缝前沿不整齐、流动路线紊乱将会直接影响钎焊接头质量，形成钎缝不致密，产生夹气、夹渣等缺陷。这些变化都将影响钎料的润湿和填缝作用。,影响钎料毛细填缝的因素:钎料和母材成分、钎焊温度、母材表面氧化物、母材表面粗糙度、钎剂、间隙、钎料与母材的相互作用,（2）钎料与母材的相互作用,钎料与母材的相互作用可以形成下列组织：固溶体化合物共晶体,钎焊时，熔化的钎料在毛细填缝过程中往往还会与母材发生相互物理化学作用。这些作用可以归结为两个方面：母材向钎料的溶解 溶解作用对钎焊的影响：利“清理”作用、合金化弊化合物（脆）、填缝性变差、熔蚀钎料组分向母材的扩散,钎缝成分和组织的不均匀性,1.扩散区：钎料组分向母材扩散形成的2.界面区：母材向钎料溶解、冷却后形成的3.钎缝中心区：由于母材的溶解和钎料组分的扩散以及结晶时的偏析，其组织不同于钎料的原始组织,钎焊过程的分解,2.钎焊的特点,三种连接方法特征对比,钎焊加热温度较低，对母材组织和性能的影响较小；钎焊接头平整光滑，外形美观；焊件变形较小，尤其是采用均匀加热（如炉中钎焊）的钎焊方法，焊件的变形可减小到最低程度，容易保 证焊件的尺寸精度；可以实现异种金属或合金、金属与非金属的连接。,同熔焊方法相比，钎焊具有以下优点：,钎焊接头强度比较低、耐热能力比较差，由于母材与钎料成分相差较大而引起的电化学腐蚀致使耐蚀力较差及对装配要求比较高等。,但是，钎焊也有它本身的缺点：,钎焊材料是钎料和钎剂的总称。,1.钎料(1)对钎料的基本要求合适的熔点（比母材的低几十度）；具有良好的润湿性；与母材充分发生溶解、扩散；成分稳定均匀；所得接头满足技术要求；具有经济性（少用稀有金属）；具有安全性（少用有毒及重金属）。,二、钎焊材料,(2)钎料的分类与编号 钎料可按下列三种方法进行分类:按熔点：熔点在450以下的称为软钎料，高于450的称为硬钎料（难熔钎料），高于950的称高温钎料。按化学成分：不论软硬，根据组成钎料的主要金属元素，相应称为基钎料，如Ni基钎料等。按钎焊工艺性能：自钎性钎料、真空钎料、复合钎料。,软钎料,Sn基及Pb基软钎料：对铜等多种金属均具有良好的润湿和铺展能力，在电子工业中应用最广泛。Cd基钎料：主要为镉银合金，耐热性、抗腐蚀性能好。Zn基钎料 Au基软钎料 其他低熔点软钎料。包括：In（铟）基钎料 Bi（铋）基钎料 Ga（镓）基钎料 无铅软钎料,硬钎料由于强度相对较高，可用于钎焊受力构件。硬钎料包括：,Ag钎料 Cu基钎料 AI基钎料 Mn基钎料 Ni基钎料 Au基钎料 含Pd钎料 真空级钎料,其他钎料。包括：Ti基钎料 Fe基钎料 Co基钎料 Pt基钎料 膏状钎料,硬钎料,四川省有色冶金研究院之无铅钎料,AI基钎料：用于钎焊铝及铝合金Ag基钎料：综合性能优良，可以钎焊各种金属，是应用最广的一类硬钎料。Cu基钎料：铜钎料：钎焊碳钢、低合金钢。铜锌钎料：多种钎焊方法焊多种金属。铜磷钎料：主要用于钎焊铜和铜合金，在电机制造和制冷设备上应用广泛。Ni基钎料：性能优良，可焊多种金属。,扬中市金星焊料有限公司之铜磷钎料,钎焊带,2.钎剂钎剂的作用是去除母材和液态钎料表面上的氧化物，保护母材和钎料在加热过程中不被进一步氧化以及改善钎料在母材表面的润湿性能。对钎剂的基本要求 足够之溶解或破坏表面氧化膜能力；钎焊温度范围内表面张力小、粘度低、流动性好、密度低；熔点低于钎料合适温度；成分及作用稳定（稳定温度100）；产物密度低、易排除；无强烈腐蚀作用、无毒性。,二、钎焊方法的分类 1、按温度分：软钎焊（soldering）钎料液相线温度低于450；硬钎焊（brazing）钎料液相线温度高于450。某些国家将钎焊温度超过900而又不使用钎剂的钎 焊方法（如真空钎焊、气体保护钎焊）称作高温钎焊。,3、按热源分：钎焊方法通常是以所应用的热源来命名的。按热源分类的钎焊方法见P211表9-3或GB/T5185-1985。,2、按反应特点分：毛细钎焊大间隙钎焊反应钎焊,、烙铁钎焊(iron soldering),特点：温度低 应用范围：1、适用于钎焊温度低于300的软钎焊（用锡铅或铅基钎料）2、钎焊薄件、小件需钎剂,利用烙铁工作部（烙铁头）积聚的热量来熔化钎料，并加热钎焊处的母材而完成钎焊接头的。,、火焰钎焊(torch brazing;torch soldering)利用可燃气体或液体燃料的气化产物与氧或空气混合燃烧所形成的火焰来进行钎焊加热的。特点：简单灵活、应用广泛 应用范围：一般应用中性焰或轻微炭化焰/通用气焊炬或专用钎焊炬（软钎焊也可用喷灯）先加热工件：,适用于钎焊某些受焊件形状、尺寸及设备等限制而不能用其它方法钎焊的焊件 可采用火焰自动钎焊 可焊接钢、不锈钢、硬质合金、铸铁、铜、银、铝等及其合金 常用钎料有铜锌、铜磷、银基、铝基及锌铝钎料,3、浸渍钎焊(dip brazing;dip soldering)（盐浴及金属浴，适合于大批量生产）,把焊件局部或整体地浸入盐混合物溶液或钎料溶液中，依靠这些液体介质的热量来实现钎焊过程。,4、电阻钎焊(resistance brazing)（加热极快，生产率高）利用电流通过焊件或与焊件接触的加热块产生的电阻热加热焊件和熔化钎料的钎焊方法。,5、感应钎焊(induction brazing)（加热迅速，氧化少，主要钎焊比较小的工件）零件的待钎焊部分被至于交变磁场中，这部分母材的加热是通过它在交变磁场中产生的感应电流的电阻热来实现的。,6、炉中钎焊(furnace brazing;furnace soldering)（整体加热，变形小，适合于批量生产）,真空钎焊系统,铝钎焊炉,利用电阻炉来加热焊件。空气炉、保护气氛炉、真空炉,三、钎焊工艺参数及确定 钎焊过程的主要工艺是钎焊温度和保温时间。钎焊温度通常选为高于钎料液相线温度2560。钎焊保温时间视工件大小、钎料与母材相互作用的剧烈程度而定。过长的保温时间将导致溶蚀等缺陷的发生。加热速度和冷却速度也是重要工艺参数。过快的加热会使焊件内室温不均匀而产生内应力；加热过慢会产生某些有害过程，如母材晶粒长大、钎料低沸点组元的蒸发、金属的氧化、钎剂的分解等剧烈发展。,陶瓷的钎焊,在陶瓷与金属的钎焊连接中，钎料在陶瓷上良好的润湿性能是实现有效冶金连接的前提。根据改善润湿性的不同，分为两类：间接钎焊，即先对陶瓷表面进行金属化处理，再使用常规钎料连接；直接钎焊，即直接采用含有活性金属元素的钎料焊接,一、间接钎焊,1.陶瓷表面的金属化方法Mo-Mn法蒸发金属化法溅射金属化法离子注入法热喷涂法,Mo-Mn法,19世纪30年代发展起来的，是现代陶瓷金属化的基础。工艺过程为：将MnO2与Mo的粉末用粘接剂粘到陶瓷表面，在10001800的N2或H2中烧结，表面形成玻璃相，同时部分金属氧化物还原，产生金属表面层。为改善钎料对金属化层的润湿性，可在金属化层上镀镍，最后用银-铜钎料将镀镍层与金属母材钎焊起来。,2.陶瓷与金属间接真空钎焊时对钎料的要求：钎料中不含有饱和蒸汽压高的化学元素，如Zn、Cd、Mg等，以免在钎焊过程中这些化学元素污染电子器件或造成电介质漏电。钎料的含氧量不能超过0.001%，以免在氢气中钎焊时生成水汽。钎焊接头要有较好的松弛性，能最大限度地减小由陶瓷与金属线胀系数差异而引起的热应力。,3.陶瓷金属化钎焊工艺,二、直接钎焊,过渡金属主要有离子键和共价键，表现出非常稳定的电子配位，要使陶瓷表面被金属键的金属钎料润湿，在钎料和陶瓷之间必须要有化学反应发生，通过反应陶瓷表面分解形成新相，产生化学吸附机制，才能形成强的界面结合。过渡金属具有很强的化学活性，这些元素对氧化物、硅酸盐等有较大的亲和力，可通过化学反应在陶瓷表面形成反应层。反应层主要由金属与陶瓷的复合物相组成，表现出与金属相同的微观结构，可被熔化金属润湿，从而达到与金属连接的目的。,1.活性钎料在Au、Ag、Cu、Ni等系统的钎料中加入活性金属后，制成活性钎料。活性钎料通常以Ti作为活性元素。活性金属的化学活性很强，钎焊时对活性元素的保护是很重要的，这些元素一旦被氧化后就不能再与陶瓷发生反应。因此，活性金属法钎焊一般是在10-2Pa的真空或惰性保护气氛中进行的。,活性钎料与陶瓷反应形成反应层亦有不利作用：脆性，或有时有雨晶格系数及线膨胀系数与陶瓷不匹配而与基体陶瓷的粘着不够。热应力。在靠近界面的陶瓷边缘是产生高应力水平的区域，控制应力的方法是控制钎焊过程，冷却速度降低有利于应力松弛而使应力减小。,2.活性钎焊连接工艺,