2.4.1 陶瓷与陶瓷及金属与陶瓷之间钎焊存在的问题和解决的措施
1.陶瓷与陶瓷及金属与陶瓷之间钎焊存在的问题
1）钎料难以润湿陶瓷。
2）金属基钎料与陶瓷钎焊时产生热应力。
由于金属基钎料与陶瓷的线胀系数相差较大，因此，钎焊时会产生较大的热应力，导致接头性能降低，甚至产生裂纹。
2.解决的措施
（1）采用活性钎料 在钎料中加入能够与陶瓷表面发生化学反应的元素，这种元素叫活性元素。通过钎料中的活性元素与陶瓷表面发生化学反应，从而实现表面的强力结合。
过渡族元素Ti、Zr、Cr、V、Hf、Nb、Ta等，通过化学反应可以在陶瓷表面形成反应层，这种反应层主要由金属与陶瓷的复合物组成，这种复合物在大多数情况下表现为与金属相同的结构，因此，可以被熔化的金属润湿。
1）采用加Ti的活性钎料。
①Ag-Cu-Ti系。经常应用的活性元素是Ti，在Ag、Cu或Ag-Cu的共晶中加入1%～5%的Ti。常用的Ag-Cu-Ti三元系活性钎料是在Ag-Cu二元系钎料的基础上加入活性元素Ti形成的Ag-Cu-Ti三元系活性钎料。
②Ag-Cu-Ti系钎料的改善。钎焊工业纯Ti与Al2O3陶瓷时，在Al2O3陶瓷表面涂一层TiH2，可以改善接头强度。用TiH2涂覆在陶瓷表面，采用Ag基非活性钎料也可以得到很好的钎焊接头。
③减小脆性的方法。在钎焊Al2O3陶瓷与Fe-42Ni合金时，为防止活性元素Ti扩散入Fe-42Ni中而产生缺陷，在Fe-42Ni合金表面镀一层5μm厚的Ni、Cu或Ni与Cu的阻挡层。先用有机黏结剂将TiH2涂覆在Al2O3陶瓷表面，再用Ag-Cu-Ti系钎料在850～900℃的氮气中进行钎焊。采用表面镀Ni或Ni与Cu的阻挡层时，Fe向钎缝和Al2O3陶瓷表面过渡得较少。Fe向钎缝和Al2O3陶瓷表面过渡得越少，接头强度越高。
2）采用加Zr的活性钎料Ag-Cu-Zr系。试验发现，用Ag-Cu-Zr系钎料在750～950℃的真空中钎焊99.9%纯度的α-Al2O3陶瓷与Ni-Cr钢和Cu时，结果发现，在陶瓷与钎料的界面上形成了6.0～10.0μm的ZrO2层。如果在这种钎料中再加入Sn，则可以使Zr的活性进一步增大，界面反应形成的ZrO2层增厚，并使Cu-Zr化合物的比例减小，从而提高了接头强度。在Ag-Cu-Zr系钎料中加入Al也有类似的效果。但Ag-Cu-Zr系钎料的活性不如Ag-Cu-Ti系钎料。
3）采用加Pd的活性钎料Ag-Cu-Pd系。可以用Pd代替Ti作为活性钎料来钎焊陶瓷材料。
4）采用低熔点活性钎料。以Sn或Pb为基的活性钎料，其熔点在300℃以下。由于这些活性元素对氧的亲和力较大，极易被氧化，因此，用这种钎料钎焊时，必须在真空中或纯度很高的保护气体（比如惰性气体）中进行，钎焊温度下真空度一般要高于10-2Pa。
在钎料中加入In可以改善钎料的流动性和提高活性元素Ti的活度。用In-Ti、In-Ag-Ti及In-Ag-Cu-Ti钎料，在650～900℃的真空中钎焊AlN和Cu时，对AlN陶瓷具有良好的润湿性，并可提高接头的强度，这是因为Cu向钎缝中扩散形成了In9Cu4。
5）含铪（Hf）的镍基高温活性钎料。工程陶瓷的熔化温度很高，多应用于高温环境，钎料（绝大部分是银基）的熔点一般较低，一般不能超过400～500℃，不能适应高温工作环境。为了提高陶瓷和陶瓷-高温合金钎焊接头的使用温度，必须大幅度提高钎料的熔化温度，同时还要具备耐腐蚀、抗氧化以及与高温合金之间的冶金相容性。最近，我国研制出了一种含铪（Hf）的镍基高温活性钎料。这种钎料中的铪能够与镍形成熔点为1152℃、1202℃和1132℃的三种Ni-Hf共晶。
（2）对陶瓷表面的预金属化 陶瓷表面的预金属化，不仅可以改善非活性钎料对陶瓷的润湿性，而且，还可以用于高温钎焊时保护陶瓷不发生分解，从而防止产生空洞。以性能较好的Si3N4陶瓷为例，在真空中（10-3Pa）1100℃以上就要发生分解，而产生空洞。用耐热钎料对Si3N4陶瓷进行钎焊时，钎焊温度都较高，Si3N4陶瓷很容易发生分解。为了解决这一问题，可以在Si3N4陶瓷表面进行预涂层或改变钎焊气氛来实现。比如，用Ag-Cu-In-Ti系活性钎料在133.3×10-5Pa的高真空中、900℃下将陶瓷预涂覆10min后，再用Pd-Ni-Ti钎料在1250℃下钎焊时，就可以有效地防止Si3N4陶瓷发生分解。
（3）减少热应力对陶瓷与金属钎焊质量的不利影响
1）采用中间层。由于陶瓷与金属的线胀系数不同，因而在钎焊接头中产生热应力，尤其是在界面上的陶瓷边沿会产生高应力。为了解决这个问题，可以通过使用塑性材料或线胀系数适合陶瓷的材料作为中间层材料或两种以上的中间层材料来降低应力，但这样也使接头性能复杂化。
2）改进接头形式。将陶瓷与金属的连接面由平面改为圆弧面（陶瓷为凸面，金属为凹面）。