陶瓷/金属的连接及应用

特种陶瓷材料虽然具有优异的绝缘(大部分陶瓷)、耐高温、抗腐蚀性能及耐磨性能，但其脆性大，加工性能很差难以制备出大型或者是形状复杂的结构件。金属材料具有优良的室温强度、韧性、导电性和导热性，与陶瓷材料在性能上形成了一种明显的互补关系。使用连接技术将两种材料可靠的结合起来，就可以充分利用各自的优良性能，制造出满足要求的复杂构件。

由于陶瓷材料与金属材料化学键结构根本不同，加上陶瓷本身特殊的物理化学性能，因此无论是与金属连接还是陶瓷自身的连接都存在不少的难题。其主要体现在如下两个问题，其一：陶瓷材料主要由离子键和共价键组成，金属材料则主要是由金属键构成，二者几乎不浸润，因此需要考虑陶瓷与金属材料的润湿性问题，其二：两者的线膨胀系数一般相差较大，当采用热封或者机械连接时，陶瓷与金属的接头处会有较大的应力残留，削弱接头的力学性能甚至使接头受到破坏开裂，因此需考虑结头处的热应力缓解问题。

常见的连接方式是采用钎焊工艺，利用熔点低于被焊材料的金属或非晶材料做钎料，加热到低于被焊件母材熔点，高于钎料熔点温度，利用融化的钎料来润湿母材、填充焊缝，实现被焊材料相互连接。

固相扩散连接是目前研究较多的耐高温陶瓷/金属连接方式，其工作原理是：两个同种或异种材质在高温及一定压力下紧密接触，表面发生塑性变形，原子间实现相互扩散，形成良好的接头。

该工艺的优点是接头处质量稳定，连接强度高，可焊接较大截面的接头，一次可焊多个接头，效率较高，可增加中间层，对陶瓷材料无需表面金属化。但该法工艺过程复杂，可满足高温和耐蚀条件下的应用要求。对连接表面状态和连接设备要求高。

客户实验设备：P2型真空热压烧结多功能一体炉

实验步骤：

1、抽真空（抽至10^-2Pa）；

2、升温加热（升温至1250℃，升温速率15℃/min）；

3、1250℃保温100min（1小时40min）；

4、1250℃保温15min时开始（加压）加力6t，加力过程持续60min（温度1250℃）；

5、加力6t完成之后保压15min（温度仍为1250℃）；

6、卸载压力，10min压力卸载至0（温度仍为1250℃）；

7、压力卸载完成，随炉从1250℃自动降温至室温。

实验图集

产品动态图

真空热压烧结完美的达成了客户的实验工艺要求，侧开门结构，非常适合大尺寸的模具装卸，操作方便。实验过程中，压力及位移控制准确，精度高，保证了扩散连接工艺的压制精度，整个工作区炉温均匀性好，压制的产品质量高，金属基材没有出现过热熔化的现象。