金属和陶瓷接头的钎焊

由于其极大的灵活性和通用性，金属和陶瓷的钎焊已被确立为一种非常广泛使用的标准程序。通过钎焊，可以生产具有高强度的真空密封和热稳定化合物。金属和陶瓷的钎焊尤其在电气工程中得到确立。对于电气绝缘部件、电流馈通件、大功率电子管、传感器、晶闸管和二极管外壳，金属陶瓷化合物的使用是最先进的。但钻头、切割冲头和锻模等工具也是由金属陶瓷化合物制成的。将 Si3N4 涡轮增压器转子钎焊到金属轴上是发动机制造中被广泛引用的例子。在飞机和空间技术以及聚变和核工程中发现了进一步的应用。

陶瓷的上述高价值特性源于它们具有强原子键合力的离子/共价键特性。与金属（具有金属键）相比，这种根本不同的原子结构在将陶瓷钎焊到金属时提出了两个关键问题。第一个问题源于陶瓷的极性键结构。它们具有高表面张力，因此陶瓷不能被传统的金属熔体润湿。此外，由于不同的热物理特性（热膨胀系数和弹性模量），在钎焊过程中会产生很强的内应力。
                           

传统金属熔体对陶瓷的润湿性差是由于陶瓷和金属的原子结构不同，导致两个接头伙伴不相容。在金属键中，原子主干被电子（电子气）随机包围。然而，陶瓷的离子/共价键的特点是封闭的、非常稳定的电子构型。因此，在将金属钎焊到陶瓷上时，两个连接部分之间的冶金反应（这在金属钎焊中很常见）是不可能的。钎料金属在没有充分润湿的情况下在陶瓷上形成液滴（润湿角 θ ≈ 180°；见图 (a)）。通过外延效应（结构调整）或通过电位差，只能实现钎料金属在陶瓷上的最小附着力。尽管有不同的结合结构，为了允许陶瓷润湿，已经建立了两种钎焊金属-陶瓷化合物的工艺变体：一方面是金属化陶瓷的钎焊，另一方面是活性钎焊。