银铜钛活性钎料制备工艺的选择

材料具有独特的抗氧化、耐腐蚀、耐高温、较高的硬度和耐磨性、强度高、绝缘性好的特点，但陶瓷的韧性差，难以制作复杂构件，通常是用钎焊的方法把陶瓷-陶瓷、陶瓷-金属材料组合在一起以更好的发挥陶瓷的优越性能。文章介绍了AgCuTi活性钎料的种类、制备方法，并对Ti的活化作用及氧的影响作了说明。

关键词：银铜钛合金；活性钎料；陶瓷钎焊

前言

通过大量实践发现，陶瓷焊接有两点困难：一是陶瓷表面不易被一般钎料所润湿；二是陶瓷与金属热膨胀系数差别太大，焊接件因膨胀系数差别大而造成开裂。故陶瓷的钎焊方法是先用Mo-Mn法、PVD、CVD法等方法把陶瓷表面预金属化处理[1]，这些处理工艺繁杂、周期长、成本高，为此近年人们开发出各种活性钎料，实现了陶瓷-陶瓷、陶瓷-金属材料的直接焊接。所谓活性钎料就是在钎料中添加容易和氧结合的Ti、Zr等活性元素的钎料。文章主要介绍AgCuTi活性钎料的种类，制备方法的选择以及Ti、Zr等的活化作用。

1 AgCuTi活性钎料的种类

常用的AgCuTi活性钎料及熔化温度见表1。

2 AgCuTi活性钎料的制备方法的选择

AgCuTi活性钎料的制备方法一般有以下几种方法：（1）合金熔炼法；（2）粉末冶金法；（3）层状复合法；（4）非晶法。

从AgCuTi合金相图（图1）分析可知，钛在银或铜中的溶解度都很小，主要形成各种金属间化合物。而且三种元素比重差别大，采用熔炼办法，很容易出现偏析现象。大量形成的铜钛化合物硬而脆，给加工带来困难，偏析现象造成钎料化学成分不均匀，直接影响到焊接性好坏。中频炉熔炼易造成铜钛化合物的聚集和上浮，电弧炉熔炼可以减轻偏析情况，但挥发严重，银的损失较多。从工艺方面讲，粉末法比熔炼法容易掌握。熔炼法成品率一般不超过60%，而粉末法在80%以上。复合法工艺烦杂，非晶态生产法较方便，但在技术上和设备上较复杂，生产难度较大。资料[2]介绍，钛含量大于4%时，延展性差，难以用一般方法轧制成箔材，粉末法克服了上述缺点，对于低钛和高钛含量（超过4%）的钎料都容易加工，采用粉末冶金法更适合大规模生产的需要。

3 粉末冶金法制备AgCuTi活性钎料

AgCuTi活性钎料制备工艺流程如图2所示。

3.1 原料准备

Ag粉、Cu粉、Ti粉颗粒度要求在-150～-200目。氧含量在千分之三到千分之五，Cu粉要求为还原铜粉。按钎料名义成分称重。

3.2 混粉

用V型混粉机混粉，时间要在3小时以上。

3.3 粉末轧制

在200粉末轧机上把混合粉轧制成1～1.2mm厚的板坯。

3.4 真空烧结

板坯放入真空炉，真空度不低于2×10-2Pa，烧结温度700～750℃，烧结3小时。烧结时，为防止Ag、Cu共晶反应造成板坯粘结，板坯间要放入隔离层。

3.5 压延

烧结的板坯可在道次加工率不大于10%，总加工率不大于60%下压延。中间退火后反复压延可加工成0.1mm以下的箔材。

3.6 退火

退火工艺：真空退火650～700℃，保温40分钟。真空度不低于2×10-2Pa。

粉末法制备的AgCu28Ti3钎料中各元素的分布如图3所示。

3.7 焊接实例

图4为用AgCu25Ti3钎料钎焊的可伐合金-陶瓷-紫铜整流元件试样照片。

焊接强度达到150～200MPa。满足器件的焊接强度要求。

4 Ti的活化作用

有资料介绍[3]认为，各种熔融金属和氧化铝陶瓷的结合力是化学结合力和范德瓦尔斯结合力之和，熔融金属和氧化铝中的氧结合越容易，两者的结合力就越大。因此，在AgCu钎料中加入活性金属Ti，钎焊时依靠Ti与陶瓷的化学反应达到润湿目的。Ti与陶瓷反应，聚集在结合面处，降低了焊缝基体区中Ti的含量，恰好提高了焊缝区的韧性，缓解了陶瓷与金属件之间过大的热膨胀系数差别，减少了焊口部位的开裂现象。

用于钎焊陶瓷或石墨的钎料，如所含Ti不超过4%（Wt）时，焊料本身是韧性，钎焊接头也是韧性的，如含Ti明显超过4%时，钎料本身和钎焊接头都是脆性的，即使用非晶法得到韧性钎料，用它得到的钎焊接头仍然是脆性的，这对有些使用条件是不允许的。现有牌号中，这种钎料一般含Ti从2%到8%范围（重量百分数）。在Ti、Zr、V等活性金属中，大多使用Ti为活性元素制备中温下使用的活性钎料。

5 氧的影响

在焊接过程中，如果真空度得不到保证，焊缝区就被氧化变成紫色、蓝色，甚至灰色，严重影响焊接强度。过低的真空度，会使气氛中的氧在升温时首先与钎料中的Ti起反应，变成氧化钛，而不能再与陶瓷起化学反应，使钎料失去活性，不能润湿陶瓷表面，从而失去焊接性能。同理，钎料本身氧含量也不能过高，一般不能超过千分之三到千分之五，才能保证钎料的活性，也就是保证良好的焊接性能。

6 结束语

粉末冶金法生产AgCuTi活性钎料，具有成分容易控制，工艺容易掌握，成品率高等优点，是生产这种钎料最合理的工艺。这种钎料的润湿作用是靠钎料中的Ti与陶瓷中的氧起反应而实现的，这就是Ti的活性作用。AgCuTi活性钎料钎焊陶瓷-陶瓷、陶瓷-金属不需预先涂层或做表面处理，可以直接焊接，工艺简单费用低。和Ti同族的Zr、Hf等都可以用，但以Ti的活化作用最好。

参考文献

[1]竹本正.溶接技术革新[M].1995.

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

[3]荒田·吉明，大森·明.溶接技术[Z].1983.

作者简介：毛明（1976-），男，陕西西安人，工程师，学士，主要研究方向：贵金属材料。