2.1 陶瓷与陶瓷及金属与陶瓷之间的焊接性

2.1.1 陶瓷与陶瓷及金属与陶瓷之间的润湿性

陶瓷与陶瓷及金属与陶瓷之间能够实现焊接的前提是金属材料对陶瓷能不能润湿。研究发现，钎料的润湿铺展有三个过程：首先，是快速的非反应铺展过程；其次，是反应过程，这个阶段钎料的润湿铺展加快，对于AgCuZn钎料，在氧化铝陶瓷上的润湿铺展与在界面生成的钛的氧化物有关；最后阶段，仍然处在反应过程中，AgCuZn钎料在氧化铝陶瓷上的润湿铺展由生成的Cu₃Ti₃O化合物决定。润湿铺展的润湿条件是加热温度、保温时间、反应产物、活性元素的含量等。

1.钎焊温度对润湿性的影响

以摩尔分数（%）Au-40Ni在陶瓷ZrB₂在上的润湿为例，在980℃生成Ni的硼化物的情况下，润湿角及液滴半径随着时间的变化如图2-1所示，呈缓慢抛物线关系。而当温度升高到1170℃时，Ni的硼化物已经不能稳定存在，这时Zr₂B则剧烈地向Au-40Ni钎料中溶解，其润湿角及液滴半径随着时间的变化如图2-2所示。可以看出，保温时间随着钎焊温度的变化而发生影响。可以认为，这实际上也是反应产物的影响。

图2-1 980℃时Au-40Ni陶瓷ZrB₂在上的润湿角及液滴半径随着时间的变化曲线

图2-2 1170℃时Au-40Ni陶瓷ZrB₂在上的润湿角及液滴半径随着时间的变化曲线

2.活性元素含量的影响

（1）活性元素含量对润湿性的影响 在采用AgCu-Ti/Al₂O₃的AgCu-Ti/Al₂O₃润湿体系中，钎料中的Ti是钎料能够在Al₂O₃陶瓷润湿的关键。在AgCu（共晶合金）中添加摩尔分数3%的Ti，其稳定的润湿角就降低为10°。而Ti含量较低，界面只生成Ti_1.75O时，其稳定的润湿角就升高为60°～65°。这说明活性元素含量的提高有利于改善润湿性。

（2）反应产物的影响

1）活性元素在反应产物中含量的影响。NiPd-Ti合金（钎料）在单晶氧化铝表面的平衡润湿角与钎料中Ti的摩尔分数有关，在1300℃下，这个关系如图2-3所示。可以看出，Ti在氧化物中的摩尔分数越高，润湿角越小，表明润湿性越好。

图2-3 1300℃时NiPd-Ti合金（钎料）在单晶氧化铝表面的平衡润湿角与Ti的摩尔分数的关系

2）反应产物中形成固溶体的影响。采用AgCuZn钎料在TiC-Ni陶瓷表面进行润湿性研究中发现，Zn有利于促进陶瓷中的Ni向钎料中发生溶解反应，而与钎料中的Cu形成（Cu，Ni）固溶体，使之由非润湿转变为润湿状态。

由此可以看到，钎料在陶瓷表面对润湿铺展与钎焊温度、保温时间、钎料和陶瓷成分息息相关，是这些因素综合作用的结果，是一个相当复杂的过程。

图2-4给出了AgCuZn钎料对SiO₂/SiO₂复合材料进行钎焊时的界面组织演变过程。在SiO₂/SiO₂复合材料侧产生两个反应层，优先生成的是靠近陶瓷的TiO+TiSi反应层，随后是在靠近AgCuZn钎料侧产生的CuTiO。就是这两个反应层实现了AgCuZn钎料对SiO₂/SiO₂复合材料的钎焊连接。

图2-4 AgCuZn钎料对SiO₂/SiO₂复合材料进行钎焊时的界面组织演变过程