銀銅鈦活性釬料制備工藝的選擇

摘 要：隨著社會的不斷進(jìn)步，活性釬料的制備工藝得到了很大提高。陶瓷材料具有獨(dú)特的抗氧化、耐腐蝕、耐高溫、較高的硬度和耐磨性、強(qiáng)度高、絕緣性好的特點(diǎn)，但陶瓷的韌性差，難以制作復(fù)雜構(gòu)件，通常是用釬焊的方法把陶瓷-陶瓷、陶瓷-金屬材料組合在一起以更好的發(fā)揮陶瓷的優(yōu)越性能。文章介紹了AgCuTi活性釬料的種類、制備方法，并對Ti的活化作用及氧的影響作了說明。

關(guān)鍵詞：銀銅鈦合金；活性釬料；陶瓷釬焊

前言

通過大量實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，陶瓷焊接有兩點(diǎn)困難：一是陶瓷表面不易被一般釬料所潤濕；二是陶瓷與金屬熱膨脹系數(shù)差別太大，焊接件因膨脹系數(shù)差別大而造成開裂。故陶瓷的釬焊方法是先用Mo-Mn法、PVD、CVD法等方法把陶瓷表面預(yù)金屬化處理[1]，這些處理工藝繁雜、周期長、成本高，為此近年人們開發(fā)出各種活性釬料，實(shí)現(xiàn)了陶瓷-陶瓷、陶瓷-金屬材料的直接焊接。所謂活性釬料就是在釬料中添加容易和氧結(jié)合的Ti、Zr等活性元素的釬料。文章主要介紹AgCuTi活性釬料的種類，制備方法的選擇以及Ti、Zr等的活化作用。

1 AgCuTi活性釬料的種類

常用的AgCuTi活性釬料及熔化溫度見表1。

2 AgCuTi活性釬料的制備方法的選擇

AgCuTi活性釬料的制備方法一般有以下幾種方法：（1）合金熔煉法；（2）粉末冶金法；（3）層狀復(fù)合法；（4）非晶法。

從AgCuTi合金相圖（圖1）分析可知，鈦在銀或銅中的溶解度都很小，主要形成各種金屬間化合物。而且三種元素比重差別大，采用熔煉辦法，很容易出現(xiàn)偏析現(xiàn)象。大量形成的銅鈦化合物硬而脆，給加工帶來困難，偏析現(xiàn)象造成釬料化學(xué)成分不均勻，直接影響到焊接性好壞。中頻爐熔煉易造成銅鈦化合物的聚集和上浮，電弧爐熔煉可以減輕偏析情況，但揮發(fā)嚴(yán)重，銀的損失較多。從工藝方面講，粉末法比熔煉法容易掌握。熔煉法成品率一般不超過60%，而粉末法在80%以上。復(fù)合法工藝煩雜，非晶態(tài)生產(chǎn)法較方便，但在技術(shù)上和設(shè)備上較復(fù)雜，生產(chǎn)難度較大。資料[2]介紹，鈦含量大于4%時，延展性差，難以用一般方法軋制成箔材，粉末法克服了上述缺點(diǎn)，對于低鈦和高鈦含量（超過4%）的釬料都容易加工，采用粉末冶金法更適合大規(guī)模生產(chǎn)的需要。

3 粉末冶金法制備AgCuTi活性釬料

AgCuTi活性釬料制備工藝流程如圖2所示。

3.1 原料準(zhǔn)備

Ag粉、Cu粉、Ti粉顆粒度要求在-150～-200目。氧含量在千分之三到千分之五，Cu粉要求為還原銅粉。按釬料名義成分稱重。

3.2 混粉

用V型混粉機(jī)混粉，時間要在3小時以上。

3.3 粉末軋制

在200粉末軋機(jī)上把混合粉軋制成1～1.2mm厚的板坯。

3.4 真空燒結(jié)

板坯放入真空爐，真空度不低于2×10-2Pa，燒結(jié)溫度700～750℃，燒結(jié)3小時。燒結(jié)時，為防止Ag、Cu共晶反應(yīng)造成板坯粘結(jié)，板坯間要放入隔離層。

3.5 壓延

燒結(jié)的板坯可在道次加工率不大于10%，總加工率不大于60%下壓延。中間退火后反復(fù)壓延可加工成0.1mm以下的箔材。

3.6 退火

退火工藝：真空退火650～700℃，保溫40分鐘。真空度不低于2×10-2Pa。

粉末法制備的AgCu28Ti3釬料中各元素的分布如圖3所示。

3.7 焊接實(shí)例

圖4為用AgCu25Ti3釬料釬焊的可伐合金-陶瓷-紫銅整流元件試樣照片。

焊接強(qiáng)度達(dá)到150～200MPa。滿足器件的焊接強(qiáng)度要求。

4 Ti的活化作用

有資料介紹[3]認(rèn)為，各種熔融金屬和氧化鋁陶瓷的結(jié)合力是化學(xué)結(jié)合力和范德瓦爾斯結(jié)合力之和，熔融金屬和氧化鋁中的氧結(jié)合越容易，兩者的結(jié)合力就越大。因此，在AgCu釬料中加入活性金屬Ti，釬焊時依靠Ti與陶瓷的化學(xué)反應(yīng)達(dá)到潤濕目的。Ti與陶瓷反應(yīng)，聚集在結(jié)合面處，降低了焊縫基體區(qū)中Ti的含量，恰好提高了焊縫區(qū)的韌性，緩解了陶瓷與金屬件之間過大的熱膨脹系數(shù)差別，減少了焊口部位的開裂現(xiàn)象。

用于釬焊陶瓷或石墨的釬料，如所含Ti不超過4%（Wt）時，焊料本身是韌性，釬焊接頭也是韌性的，如含Ti明顯超過4%時，釬料本身和釬焊接頭都是脆性的，即使用非晶法得到韌性釬料，用它得到的釬焊接頭仍然是脆性的，這對有些使用條件是不允許的?，F(xiàn)有牌號中，這種釬料一般含Ti從2%到8%范圍（重量百分?jǐn)?shù)）。在Ti、Zr、V等活性金屬中，大多使用Ti為活性元素制備中溫下使用的活性釬料。

5 氧的影響

在焊接過程中，如果真空度得不到保證，焊縫區(qū)就被氧化變成紫色、藍(lán)色，甚至灰色，嚴(yán)重影響焊接強(qiáng)度。過低的真空度，會使氣氛中的氧在升溫時首先與釬料中的Ti起反應(yīng)，變成氧化鈦，而不能再與陶瓷起化學(xué)反應(yīng)，使釬料失去活性，不能潤濕陶瓷表面，從而失去焊接性能。同理，釬料本身氧含量也不能過高，一般不能超過千分之三到千分之五，才能保證釬料的活性，也就是保證良好的焊接性能。

6 結(jié)束語

粉末冶金法生產(chǎn)AgCuTi活性釬料，具有成分容易控制，工藝容易掌握，成品率高等優(yōu)點(diǎn)，是生產(chǎn)這種釬料最合理的工藝。這種釬料的潤濕作用是靠釬料中的Ti與陶瓷中的氧起反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)的，這就是Ti的活性作用。AgCuTi活性釬料釬焊陶瓷-陶瓷、陶瓷-金屬不需預(yù)先涂層或做表面處理，可以直接焊接，工藝簡單費(fèi)用低。和Ti同族的Zr、Hf等都可以用，但以Ti的活化作用最好。

參考文獻(xiàn)

[1]竹本正.溶接技術(shù)革新[M].1995.

[2]European patent[P].No 0，110，418，1984，6.

[3]荒田·吉明，大森·明.溶接技術(shù)[Z].1983.

作者簡介：毛明（1976-），男，陜西西安人，工程師，學(xué)士，主要研究方向：貴金屬材料。