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陶瓷与金属如何连接?

2024-07-03 16:42
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在材料科学领域,许多工程师可能会遇见要将陶瓷与金属连接的相关要求,这种要求将直接决定材料的整体性能,也能适用于多种领域,那么请问,陶瓷与金属的连接方法有哪些?

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1、烧结金属粉末法

做法:烧结金属粉末法是通过在特定温度和气氛中,先将陶瓷表面进行金属化处理,使其带有金属性质,再用熔点较低的钎料将金属化后的陶瓷与金属连接。该方法的关键在于确保钎料能够充分润湿陶瓷表面,实现牢固结合。

适用场景:对连接强度要求较高,且对材料性能有一定容忍度的场合,如电子封装、热交换器等。

2、陶瓷基板直接覆铜法(DBC)

做法:DBC法将无氧铜在高温和氧分压条件下与陶瓷基板(如Al₂O₃)结合,通过铜表面氧化生成的Cu₂O共晶液相薄层实现金属与陶瓷的连接。该方法可在铜与陶瓷之间形成一层很薄的过渡层,提高连接的可靠性。

适用场景:适合智能电源模块、电动汽车电源模块等序高导热性和高可靠性的电子封装领域。

3、活性金属钎焊法(AMB)

做法:AMB技术利用焊料中的活性金属元素(如Ti、Ag、Zr、Cu)在高温下与陶瓷发生化学反应,生成可被液态焊料润湿的反应层,从而实现陶瓷与金属的结合。该方法降低了接合温度,减少了陶瓷基板的热应力。

适用场景:AMB技术特点是高粘合强度和冷热循环可靠性,适用于电动汽车、电力机车和高速列车等大功率的封装模块。

4、机械连接

做法:机械连接包括多种方法,如无锡螺钉连接、塞孔连接、接驳连接等,通过机械装置将陶瓷与金属紧密固定在一起。这些方法操作简便,无需复杂的化学反应或高温处理。

适用场景:对连接强度有较高要求、且对连接工艺简便性有需求的场合,如航天航空、机械制造等。

5、固相扩散连接

做法:固相扩散连接是在一定温度和压力下,使陶瓷与金属母材在连接界面上发生微小的塑性变形,原子间相互扩散,形成牢固的连接。该方法可分为直接扩散连接和间接扩散连接两种。

适用场景:对连接界面质量要求极高、且能承受高温高压处理的场合,如精密仪器、核能设备等。

6、自蔓延高温合成法(SHS)

做法:SHS法利用物质反应热的自传导作用,在极短时间内使不同物质之间发生化学反应,形成化合物。该方法具有节能、成品纯度高、操作方便等优点。

适用场景:制备陶瓷基符合材料、硬质合金等需高温高压条件且对材料纯度有较高的场合。

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