无机非金属材料与金属材料连接的研究概述

崔文文 1 焉爱彬 2

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　　摘 要：因为无机非金属材料自身具有一定的优势，因此被广泛应用于各个行业领域中，但是，无机非金属材料也存在诸多不足。比如，在塑料韧性方面，无机非金属材料性能较差，所以，在制作和利用无机非金属材料时，其操作难度很大，只能制作一些简单结构。此外，无机非金属材料的冷加工性能相对较差，因此，在具体应用过程中，常常受到诸多因素干扰和制约。相对于无机非金属材料，金属材料拥有良好的韧性和强度，而且具有良好的材料加工性能，可以填补无机非金属材料的缺陷，所以，业界人士开始重点研究金属材料和无机非金属材料的有效连接，从而不断拓宽材料连接的应用范围。 
　　关键词：无机非金属材料;金属材料;连接 
　　前言：在研究金属材料和无机非金属材料连接时，其难度和问题是可想而知的，其主要难点和需要攻克的课题是两种材料物理化学性质不相容问题，在此过程中，还受到连接热应力的限制。其中玻璃和陶瓷等是我们日常生活中较为常见的无机非金属材料，而陶瓷有属于绝缘体，而在与玻璃尝试连接的过程中，因为玻璃材料很容易加工且透光性能良好，可以变换成各种形状，因此在真空中实际应用效果最佳。此外，金属材料和无机非金属材料之间存在许多连接，例如陶瓷和金属材料的活性钎焊，玻璃和金属材料的封接等等，接下来本文对其进行简单介绍。 
　　1.玻璃-金属封接 
　　当相关工作人员研究金属-玻璃封接时，主要面临热应力和物理化学不相容两大难题。大家都知道，玻璃是我们日常生活中最常见的非金屬材料，其主要成分是三氧化二铝和二氧化硅，同时也是共价键连接结构，而我们熟知的金属主要以电子元形式存在，从而无法使熔融状态下的玻璃材料湿润地摊铺在金属表面，进而不能实现玻璃-金属的有效封接。此外，玻璃同一般金属的热膨胀系数不同，即便二者能够润湿连接，但是冷却期间，不可避免地会产生很大的应力，甚至会发生玻璃爆炸问题。 
　　在电真空工业中，金属表面预氧化是目前为止使用最频繁的金属表面改性方法。首先，在有氧条件下，对金属表面加热生成金属氧化膜，这层金属氧化物可以同熔融状态下玻璃完成封接，从而有效处理好金属与玻璃物理化学不相容的问题。此外，工作人员通过专研热膨胀系统接近金属、玻璃方法来有效解决玻璃-金属封接应力问题。比如，Fe-Co-Ni系膨胀合金和封接玻璃是目前玻璃-金属封接中常见的金属材料。 
　　陈文利等人尝试利用MnO2等金属氧化物对DM-308电子玻璃进行相应改性。从而使玻璃的抗弯强度上升7%，同时有效提高了玻璃与可伐合金的密封强度。此外，还明显提高了15.6%封接面抗剪强度。通过大量实践研究分析，结果表明，添加金属氧化物有利于增强金融元素在玻璃中的扩散能力。 
　　2.陶瓷-金属封接 
　　陶瓷-金属封接类似与玻璃-金属封接，也存在热应力问题和两种材料物理化学不相容问题。陶瓷-金属封接工艺原理类似玻璃-金属封接，陶瓷表面主要烧结成金属化层，实现与金属表面的润湿和铺展工作。热应力的释放取决于金属化层和填充金属的变形和缓冲。 
　　活性钼-锰法等烧结金属粉末法是陶瓷-金属封接中最常用的方法，此连接工艺还包括处理陶瓷、制备膏粉以及二次金属化等相关过程。陶瓷表面金属化层的质量决定了陶瓷金属密封接头情况。现阶段，对此方法的研究目前已经进展到切实提高表面金属化强度以及金属化层强度表征等方面。 
　　3.陶瓷-金属活性钎焊 
　　陶瓷-金属活性钎焊工艺主要用到钎焊方法，主要原理是将Ti，Zr等活动成分添加到钎料中，从而增加钎料对硅酸盐、氧化物等物质的亲和力，从而使钎料对陶瓷表面的润湿和铺展顺利进行，实现二者的钎焊，实践表明，钎料对金属的润湿性较强，对此方面的深入研究相对较少。 
　　陶瓷-金属活性钎焊比陶瓷-金属封接工艺需要的封接温度相对较低，工序相对简单，完成周期较短，而且在此过程中，零件很少发生形变，所以，最近几年，业界人士更加追捧陶瓷-金属连接研究。 
　　4.陶瓷-金属过渡液相扩散焊 
　　陶瓷与金属的活性钎焊工艺可以有效连接它们，然而，高温高应力下接头的难以快速适应周围环境，主要原因在于活性钎焊的接头温度偏低。随着钎焊温度的升高，热应力需要不断提升，而陶瓷和金属过渡液，可以帮助工作人员快速解决这些问题。 
　　复合中间层通常被作为陶瓷 - 金属过渡液相扩散焊接的中间层，即低熔点金属或合金沉积在高熔点芯层上。当低熔点薄层达到熔点时，就可以进一步扩散到高熔点材料中，同时发生反应，液相逐渐消失。高熔点核心材料物理性能决定了合金或中间层性质。 
　　结束语： 
　　综上所述，金属材料和无机非金属材料的物理化学特性不具备相容性，此外，还受到材料热应力的限制。首先，通过预氧化玻璃，来促进金属和玻璃材料的连接，从而不断提高金属材料的润湿度，进而利用Kvoar合金来不断缩小无机非金属和金属材料的热膨胀系统，从而解决他们之间的热应力问题。其次，在连接金属材料和陶瓷材料时，工作人员往往通过二次加工陶瓷，之后再经过涂膏、烧结以及电镀等一系列程序，从而在陶瓷表面形成一个金属化层，从而有效连接二者，促进钎焊顺利开展。第三，陶瓷-金属活性钎焊期间，需要活性元素来助力，从而简化工艺流程。第四，陶瓷与金属过渡液相扩散焊工艺要求必须增加中间层，这样，影响了钎焊应力的有效降低，从而接头的性能和高温要求更高了。所以，无机非金属材料和金属材料连接过程中，不同连接方式都其优缺点。因此，在具体工业生产活动和科学研究中，有必要结合实际情况，选择最恰当的连接方式。 

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