銀銅鈦活性釬料制備工藝的選擇

摘 要：隨著社會的不斷進步，活性釬料的制備工藝得到了很大提高。陶瓷材料具有獨特的抗氧化、耐腐蝕、耐高溫、較高的硬度和耐磨性、強度高、絕緣性好的特點，但陶瓷的韌性差，難以制作復雜構件，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揮陶瓷的優越性能。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。

關鍵詞：銀銅鈦合金；活性釬料；陶瓷釬焊

前言

通過大量實踐發現，陶瓷焊接有兩點困難：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差別太大，焊接件因膨脹系數差別大而造成開裂。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，為此近年人們開發出各種活性釬料，實現了陶瓷-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，很容易出現偏析現象。大量形成的銅鈦化合物硬而脆，給加工帶來困難，偏析現象造成釬料化學成分不均勻，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，但揮發嚴重，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。復合法工藝煩雜，非晶態生產法較方便，但在技術上和設備上較復雜，生產難度較大。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，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模生產的需要。

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型混粉機混粉，時間要在3小時以上。

3.3 粉末軋制

在200粉末軋機上把混合粉軋制成1～1.2mm厚的板坯。

3.4 真空燒結

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

3.5 壓延

燒結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。

焊接強度達到150～200MPa。滿足器件的焊接強度要求。

4 Ti的活化作用

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

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。現有牌號中，這種釬料一般含Ti從2%到8%范圍（重量百分數）。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，焊縫區就被氧化變成紫色、藍色，甚至灰色，嚴重影響焊接強度。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，變成氧化鈦，而不能再與陶瓷起化學反應，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 結束語

粉末冶金法生產AgCuTi活性釬料，具有成分容易控制，工藝容易掌握，成品率高等優點，是生產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而實現的，這就是Ti的活性作用。AgCuTi活性釬料釬焊陶瓷-陶瓷、陶瓷-金屬不需預先涂層或做表面處理，可以直接焊接，工藝簡單費用低。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

[1]竹本正.溶接技術革新[M].1995.

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

[3]荒田·吉明，大森·明.溶接技術[Z].1983.

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