下载文档原格式
陶瓷与金属的焊接技术王仲礼山东济南山东轻工业学院(250100) 摘要 陶瓷与金属的焊接是扩大陶瓷应用领域的关键技术之一。
本文介绍了陶瓷与金属焊接的技术方法及其最新进展,阐述了陶瓷与金属焊接技术的应用前景。
关键词 陶瓷 金属 焊接技术 近几年发展起来的高性能陶瓷具有金属材料无法比拟的耐热、耐腐蚀、耐磨等优良性能,其应用范围日益扩大。
但陶瓷的塑性较差,难以制作复杂结构件,且冷加工困难。
因此,在许多场合下,陶瓷材料不能单独使用,而是同其它类型的材料(如金属材料)组合在一起,以连接体的形式使用,更好地发挥陶瓷作为结构材料及电绝缘材料的优越性能。
为此,提供牢固而可靠的连接技术是十分必要的,这一领域已成为当今世界各国研究的热点课题。
大部分陶瓷性脆质硬,熔点比金属的高,其线膨胀系数与金属的相差较大,使焊后接头中的残余应力很高。
加之陶瓷与金属的相容性差,因此金属与陶瓷的焊接性很差,用电弧焊或电阻焊不能获得满意的焊接接头,粘接和机械连接的应用范围也很小,生产中通常采用钎焊和扩散焊。
随着研究的不断深入,又出现了许多新方法。
1 工业上陶瓷与金属焊接的方法111 钎焊钎焊可分为两步法钎焊和一步法钎焊。
两步法是先在陶瓷表面预金属化,然后再进行钎焊,关键是陶瓷表面的预金属化,目前有如下方法:(1)M n 2M o 法。
将M nO 2与M o 的粉末(颗粒大小约1～2Λm )用粘接剂粘到陶瓷表面,随后在1000～1800℃的氮或氢气氛中烧结,在表面形成玻璃相,并且部分金属氧化物得到还原,产生金属表面层。
然后在预金属化的表面涂一层金属(一般涂镍)。
(2)使用活性金属及难熔金属盐,将金属盐如碳酸银等涂在陶瓷表面,最终还原成金属。
(3)PVD 法。
通常在真空中于陶瓷表面镀上一层钛,再用银铜钎料(如A g 230Cu 210Sn )将镀钛的陶瓷与金属钎焊起来。
这种方法也称为活化基材法(A SP 法)。
(4)CVD 法。
使用化学方法在陶瓷表面沉积一层钛,然后用银铜钎料将镀钛的陶瓷与金属钎焊起来,这也是A SP 法的一种。
陶瓷的封接技术及研究进展摘要：介绍了陶瓷与金属连接的主要类型和种类* 对各种连接方法的机理、特点和影响因素进行了重点介绍。
关键词：陶瓷金属连接焊接1引言陶瓷与金属的封接，也称焊接（包括陶瓷与陶瓷的焊接），在现代工业技术中的应用有着十分重要的意义。
近年来，随着陶瓷材料的大规模研究开发，陶瓷与陶瓷或陶瓷与金属的连接技术也越来越引起人们的关注（1-2）。
实现陶瓷与金属的有效连接可以进一步扩大陶瓷的应用范围，诸如电视显像管金属引线的封接，电子元件的封装，飞行器及导弹关键部位的连接等都属于陶瓷—金属封接的范围。
2 陶瓷与金属连接的主要类型陶瓷封装的方法很多，按待焊接材料A和B.是否相同，可以分为同种材料的焊接和异种材料的焊接。
但是还可以根据A、B.间结合材料的有无和种类进行分类。
几种典型的陶瓷封接类型如表所示。
3 陶瓷封接方法3.1 粘合剂粘结粘接具有固化速度快、使用温度范围宽、抗老化性能好等特点，被用于飞机应急修理、导弹辅助件连接、修复涡轮、修复压气机转子方面。
现在胶接技术在国内外都得到了广泛的应用。
一般来讲，陶瓷与金属采用胶接连接，界面作用力为物理力、化学键。
化学粘接较其它工艺得到的界面强度低，据文献+#, 报道：采用有机胶的接头强度小于150MPa，采用无机胶的接头强度小于10MPa，且允许使用的温度有一定的限制（一般低于200度）；但粘接技术用在修复上，周期短、工艺简单、修复效率高、成型性能好，因而在动力工程和航空工业中静载荷和超低静载荷中得到了广泛的应用。
3.2 激光焊接将能量密度甚高的激光用于陶瓷的封接，称为激光焊接。
陶瓷用激光焊接装置主要由二氧化碳激光器、反射镜和聚光镜以及预热炉几部分构成。
二氧化碳激光器发出的激光束经反射镜和聚光镜聚焦于试样表面。
预热炉用于预热试样以避免激光照射的局部骤热而产生裂纹。
预热温度和焊接速度对焊接质量影响较大。
陶瓷制品的激光焊接，首先应考虑如何避免由加热、冷却速度和温度梯度所引起的热裂纹。
陶瓷钎焊陶瓷与金属的连接是20世纪30年代发展起来的技术,最早用于制造真空电子器件,后来逐步扩展应用到半导体、集成电路、电光源、高能物理、宇航、化工、冶金、仪器与机械制造等工业领域。
陶瓷与金属的连接方法比较多,如钎焊、扩散焊、熔焊及氧化物玻璃焊料连接法等,其中钎焊法是获得高强度陶瓷/金属接头的主要方法之一。
钎焊法又分为金属化工艺法和活性钎料法。
我国于50年代末才开始研究陶瓷—金属连接技术,60年代中便掌握了金属化工艺法(活化Mo-Mn法)和活性钎焊法,推动了陶瓷/金属钎焊用材料及其钎焊工艺的发展。
常用的金属和陶瓷钎焊方法常用的钎焊方法有陶瓷表面金属化法和活性金属法金属和陶瓷钎焊工艺陶瓷与被连接金属的热膨胀系数相差悬殊，导致钎焊后使接头内产生较高的残余应力, 而且局部地方还存在应力集中现象,极易造成陶瓷开裂。
为降低残余应力, 必须采用一些特殊的钎焊工艺路线。
①合理选择连接匹配材料；②利用金属件的弹性变形减小应力;③避免应力集中；④尽量选用屈服点低, 塑性好的钎料；⑤合理控制钎焊温度和时间；⑥采用中间弹性过渡层。
其中, 采用中间弹性过渡层的方法是研究和应用最多的方法之一, 采用中间弹性过渡层对降低残余应力的作用较大。
该方法采用陶瓷/ 钎料/ 中间过渡层/ 钎料/ 金属的装配形式进行钎焊, E 和σs 减小, 接头强度越高, 这说明较“软”的中间层能够有效地释放应力, 改善接头强度。
中间过渡层的热膨胀系数与Si3N4 接近固然有好处, 但如E 和σs 很高(如Mo 和W) , 不能缓和应力, 也就不能起到好的作用。
因此, 可以认为E 和σs 是选择中间过渡层的主要着眼点。
中间过渡层的选择应尽量满足下列条件: ①选择 E 和σs 较小的材料; ②中间过渡层与被连接材料的热膨胀系数差别要小; ③充分考虑接头的工作条件。
采用弹性过渡层的陶瓷连接方法的缺点是接头强度不高, 原因是有效钎接面积小。
但这种低应力或无应力接头具有良好的使用性能, 其优点是在热载荷下产生较低的热应力, 接头耐热疲劳, 抗热冲击性能好。
陶瓷与金属焊接技术：金属陶瓷材料发展应用的关键（Jul 31 2007 03:37PM ）Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷是一种颗粒型复合材料，是在ＴｉＣ基金属陶瓷的基础上发展起来的新型金属陶瓷。
Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷具有高硬度、耐磨、耐氧化、耐腐蚀等一系列优良综合性能，在加工中显示出较高的红硬性和强度，它在相同硬度时耐磨性高于ＷＣＣｏ硬质合金，而其密度却只有硬质合金的1/2。
因此，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷刀具在许多加工场合下可成功地取代ＷＣ基硬质合金而被广泛用作工具材料，填补了ＷＣ基硬质合金和Ａｌ2Ｏ3陶瓷刀具材料之间的空白。
我国金属钴资源较为贫乏，而作为一种战略性贵重金属，近年来钴的价格持续上扬，因此，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷刀具材料的研制开发和广泛应用，不仅可推动我国硬质合金材料的升级换代，而且在提高国家资源保障程度方面也具有重要的意义。
我们研制的是添加ＴｉＮ的Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷。
由于ＴｉＣ比ＷＣ具有更高的硬度和耐磨性，ＴｉＮ的加入可起到细化晶粒的作用，故Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷可表现出比ＷＣ基或ＴｉＣ基硬质合金更为优越的综合性能。
这种新型金属陶瓷刀具材料的广泛应用是以其成功的连接技术为前提的，国内外对陶瓷与金属的连接开展了不少的研究，但对于金属陶瓷与金属连接的技术研究较少，以致于限制了Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷材料在工业生产中的广泛应用。
常用的连接陶瓷与金属的焊接方法有真空电子束焊、激光焊、真空扩散焊和钎焊等。
在这些连接方法中，钎焊、扩散焊连接方法比较成熟、应用较广泛，过渡液相连接等新的连接方法和工艺正在研究开发中。
本文在总结各种陶瓷与金属焊接方法的基础上，对金属陶瓷与金属的焊接技术进行初步探讨，在介绍各种适用于金属陶瓷与金属焊接技术方法的同时，指出其优缺点和有待研究解决的问题，以期推动金属陶瓷与金属焊接技术的研究，进而推广这种先进工具材料在工业领域的应用。
Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷性能特点及应用现状Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金属陶瓷是在ＴｉＣ基金属陶瓷基础上发展起来的一类新型工模具材料。
介绍陶瓷材料能与金属快速连接的方法介绍这种方法的目的是：为克服锂离子电池固体电解质与电极材料之间接触电阻较大的可参考的加工方法之一，当然并不是说就是推荐采纳这一方案。
采用健合工艺，来解决离子导电材料ZrO2与金属铝的快速连接问题。
阳极健合工艺是作为陶瓷／金属在静电场中固相扩散连接的一种特殊方法，具有低温、快速和简便的工艺特点，适用于微型仪表、传感器、燃料电池及其它微电子机械系统。
功能陶瓷与金属的快速连接，对于性能相异的材料组合及微电子器件的制备有着重要的意义。
ZrO2是氧离子型离子导电陶瓷，优点是具有耐高温和导电率高等优点，是燃料电池和化学传感器的理想材料。
但是缺点是容易在高温下由单斜晶形转变为四方晶体，因此而产生裂纹。
一般通过在原料中加入与Zr4＋有相似半径元素的氧化物，形成置换固溶体以避免开裂。
因为ZrO2具有耐高温化学稳定性，经过高温真空烧结成的ZrO2材料表面致密度大，不利于电场条件下扩散条件的连接，这里的加工方法有利于研究了陶瓷／金属的结合原理及连接工艺。
方法：使用Y2O3稳定的ZrO2。
用Y2O3增韧的ZrO2改善了陶瓷原有的韧性差和抗热震性能差的缺点。
这时使用的ZrO2材料采用真空烧结法制备，热膨胀系数为5.1×10－6／K。
配方组成：（重量比）ZrO2 90%，Y2O3 3-5%，MgO 3-5%表面活化采用真空磁控濺射薄膜工艺，然后把ZrO2表面抛光后采用JGP560V型高真空磁控溅射机溅镀SiO2薄膜。
溅射用靶材为石英玻璃，磁场频率为13.56Hz，Ar分压3×10－5Pa，工作真空度6×10－6Pa，健合时间为10min。
让ZrO2表面形成1.5～2μm厚度的SiO2薄膜。
表面粗糙度Re＝0.1μm。
工作方法：把材料切成20mm×20mm的方形，连接表面采用金刚砂进行研磨和机械抛光，表面粗糙度Re≤0.1μm。
焊接之前用丙酮清洗。
所用铝箔材料为：厚度0.02mm，纯度为99.997%的产品。
《多物理场耦合条件下金属与陶瓷（金属）的扩散连接界面结构特征及力学性能研究》多物理场耦合条件下金属与陶瓷的扩散连接界面结构特征及力学性能研究一、引言随着现代科技的发展，金属与陶瓷材料在众多领域的应用日益广泛。
由于金属与陶瓷各自具有独特的物理和化学性质，其结合界面在多物理场耦合条件下的扩散连接成为了研究的热点。
本文旨在研究金属与陶瓷在多物理场耦合条件下的扩散连接界面结构特征及力学性能，为相关领域的研究和应用提供理论依据。
二、研究方法本研究采用先进的材料学实验方法和理论分析手段，对金属与陶瓷的扩散连接界面进行深入研究。
首先，通过制备不同成分的金属与陶瓷样品，进行扩散连接实验。
其次，利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段，观察和分析扩散连接界面的微观结构特征。
最后，结合理论分析和有限元模拟，研究多物理场耦合条件下界面的力学性能。
三、多物理场耦合条件下的扩散连接界面结构特征（一）界面形貌与组成通过SEM和TEM观察发现，金属与陶瓷在多物理场耦合条件下进行扩散连接后，形成了具有特定形貌和组成的界面结构。
界面处金属与陶瓷的原子相互扩散，形成了连续的固溶体层，该层具有较高的结合强度和良好的力学性能。
（二）微观结构分析微观结构分析表明，在多物理场耦合条件下，界面处金属原子的扩散速度和陶瓷的溶解速率均有所提高。
这有助于形成更加紧密的界面结构，提高材料的整体性能。
此外，界面处的晶体取向、晶格畸变等因素也会对界面的力学性能产生影响。
四、力学性能研究（一）强度与韧性实验结果表明，在多物理场耦合条件下，金属与陶瓷的扩散连接界面具有较高的强度和韧性。
这主要归因于界面处原子间的相互扩散和固溶体层的形成，使得界面结合更加紧密。
此外，界面处的微观结构特征也对力学性能产生了积极影响。
（二）疲劳与蠕变性能在多物理场耦合条件下，金属与陶瓷的扩散连接界面还表现出良好的疲劳和蠕变性能。
这主要得益于界面处的高结合强度和良好的应力分布。
陶瓷与金属焊接的难点,解决方案,以及常见焊接方法随着现代工业的不断发展，陶瓷及金属焊接技术得到了广泛应用。
但由于陶瓷和金属的物理性质差异较大，陶瓷与金属焊接存在一定的技术难点。
首先，陶瓷与金属的热膨胀系数差异很大。
当陶瓷遭受高温时，会发生强烈的膨胀，而金属则不会有太大的变形。
这种差异造成了焊缝的应力，容易导致焊接区域发生破裂。
其次，陶瓷与金属的表面性质不同。
陶瓷表面光滑、致密、硬度高，而金属表面粗糙，容易生锈。
这也对焊接工艺提出了要求。
针对这些难点，焊接技术领域提出了一些解决方案。
首先，可以在陶瓷和金属之间加入适当的中间介质，如夹层、粉末等，以缓解温度和热膨胀系数的差异。
此外，还可以采用特殊的焊接工艺、材料和设备，以确保焊接接头的质量。
常见的陶瓷与金属焊接方法包括以下几种：1. 烙铁焊接法。
这种方法适用于小型零件的焊接，使用烙铁进行焊接，需要熔化金属焊料，将陶瓷和金属固定在一起。
2. 电弧焊接法。
这种方法较为常见，可以使用钨极等设备进行。
通过电弧产生高温，熔化金属焊料，将陶瓷和金属固定在一起。
3. 激光焊接法。
这种方法适用于精密零件的焊接，使用激光束进行焊接。
激光高能密度的特点使得焊接时间短，对焊接接头的影响较小。
4. 熔体反应焊接法。
这种方法是将陶瓷和金属直接进行化学反应，生成中间相，使其结合在一起。
这种方法的焊接强度高，但需要控制好反应条件，否则容易导致焊缝不牢固。
总之，陶瓷与金属的焊接技术虽然存在一定的难点，但随着技术的不断发展，已经有了一些较为成熟的解决方案和常见的焊接方法。
氧化铝陶瓷与金属的自蔓延焊接近年来，随着先进制造技术的发展，氧化铝陶瓷与金属的焊接技术备受关注。
自蔓延焊接作为一种新型的焊接方法，具有高效、低成本、环保等优点，得到了广泛的研究和应用。
本文将从氧化铝陶瓷与金属的特性、自蔓延焊接原理、影响因素和应用前景等方面进行探讨。
一、氧化铝陶瓷与金属的特性氧化铝陶瓷具有高硬度、抗腐蚀、耐磨损等优良性能，广泛应用于航空航天、电子通讯、医疗器械等领域。
而金属材料具有导电、导热、可塑性好等特点，是工程制造中不可或缺的材料。
由于两者性质的差异，传统的焊接方法往往难以实现氧化铝陶瓷与金属的牢固连接，这就需要一种新的焊接技术来解决这一难题。
二、自蔓延焊接原理自蔓延焊接是一种燃烧合成技术，利用金属化合物在高温下与基体金属发生化学反应，形成金属间化合物，从而实现焊接的过程。
在自蔓延焊接过程中，金属化合物的传播速度快，能够在短时间内覆盖整个焊接界面，形成均匀、致密的连接。
这种焊接方法不需要外加压力和保护气氛，使得焊接过程更加简单和节能。
三、自蔓延焊接影响因素1. 温度：焊接温度是自蔓延焊接的重要参数，过高或过低的温度都会影响焊接质量，需要在一定的温度范围内进行控制。
2. 压力：焊接压力能够促进金属化合物在焊接界面上的扩散和扩展，对焊接质量有着重要的影响。
3. 化合物选择：合适的金属化合物能够提高焊接界面的反应活性和扩散速度，从而影响焊接质量。
四、自蔓延焊接在氧化铝陶瓷与金属的应用前景自蔓延焊接技术已经在航空航天、电子通讯、医疗器械等领域得到了广泛的应用。
在航空航天领域，氧化铝陶瓷与金属的连接是关键的技术难题，自蔓延焊接技术的出现填补了这一空白，为航空航天器件的制造提供了新的可能性。
在电子通讯领域，自蔓延焊接技术能够实现高频导电器件和射频微波器件的可靠连接，提高了器件的性能和稳定性。
在医疗器械领域，自蔓延焊接技术能够实现生物陶瓷与金属的高强度连接，为医疗器械的制造提供了更多的选择。
金属与陶瓷封装工艺引言：金属与陶瓷封装工艺是电子元器件封装领域中常见的两种封装方式。
金属封装工艺主要通过金属材料构成封装外壳，陶瓷封装工艺则采用陶瓷材料作为封装外壳。
本文将分别介绍金属与陶瓷封装工艺的特点、应用领域以及制造流程。
一、金属封装工艺金属封装工艺是一种常见且广泛应用的封装方式。
其主要特点如下：1. 外壳材料：金属封装工艺使用金属材料作为封装外壳，常见的金属材料有铝、铜、钢等。
2. 导热性能：金属材料具有良好的导热性能，能够有效散热，提高元器件的稳定性和可靠性。
3. 机械强度：金属材料具有较高的机械强度，能够保护内部元器件免受外界环境的影响。
4. 制造工艺：金属封装工艺相对简单，制造成本较低，适用于大规模生产。
金属封装工艺广泛应用于电子行业，特别是集成电路、传感器和功率模块等领域。
其制造流程一般包括以下几个步骤：1. 材料准备：选择合适的金属材料，并进行切割、成型等加工。
2. 外壳设计：根据元器件的尺寸和形状要求，设计合适的外壳结构。
3. 外壳制造：通过冲压、焊接、折弯等方式，将金属材料制造成外壳。
4. 内部组装：将电路板和其他元器件安装到外壳内部，并进行焊接、连接等工艺。
5. 封装测试：对封装后的元器件进行性能测试，确保质量合格。
二、陶瓷封装工艺陶瓷封装工艺是另一种常见的封装方式，其主要特点如下：1. 外壳材料：陶瓷封装工艺使用陶瓷材料作为封装外壳，常见的陶瓷材料有氧化铝、氮化硅等。
2. 绝缘性能：陶瓷材料具有良好的绝缘性能，能够有效隔离内部电路。
3. 耐高温性能：陶瓷材料具有较高的耐高温性能，能够适应高温环境下的工作要求。
4. 尺寸稳定性：陶瓷材料具有较好的尺寸稳定性，不易受温度和湿度等因素影响。
陶瓷封装工艺广泛应用于电子元器件中，特别是微波器件、传感器和高功率电子器件等领域。
其制造流程一般包括以下几个步骤：1. 材料准备：选择合适的陶瓷材料，并进行粉末制备、成型等加工。
2. 外壳设计：根据元器件的尺寸和形状要求，设计合适的陶瓷外壳结构。
一种陶瓷金属钎焊方法引言陶瓷金属是一种具有良好的热、电、机械性能的新型复合材料。
在现代工业应用中，陶瓷金属被广泛用于航空航天、电子、化工等领域。
然而，陶瓷金属的焊接一直是一个难以解决的问题，由于其独特的物理和化学性质，传统的焊接方法难以应用于陶瓷金属的连接。
本文将介绍一种新的陶瓷金属钎焊方法，以解决陶瓷金属的焊接问题。
陶瓷金属钎焊方法的原理陶瓷金属钎焊方法是一种将金属填料与陶瓷基板连接的技术。
其原理主要包括以下几个方面：1. 钎焊材料选择：选择具有良好湿润性和高瞬时温度的钎料，使其能够在高温下与陶瓷金属发生反应。
2. 界面反应：钎焊过程中，钎料与陶瓷金属基板发生化学反应，形成金属间化合物。
这些金属间化合物能够提供强大的连接力，并减小热膨胀系数不匹配所带来的应力。
3. 热循环：通过控制钎焊过程中的温度和保持时间，使钎料与陶瓷金属基板之间形成稳定的金属间化合物。
这种金属间化合物的形成可以增强连接的稳定性和强度。
陶瓷金属钎焊方法的步骤下面以陶瓷金属复合材料的钎焊为例，介绍一种基于此原理的陶瓷金属钎焊方法的步骤：1. 准备工作：在进行钎焊前，需要对需要连接的陶瓷金属基板进行清洁处理和表面处理，确保表面无污染物和氧化物。
2. 涂覆钎料：将选择好的钎料均匀涂覆在陶瓷金属基板的焊接区域上。
3. 预热：将涂覆了钎料的陶瓷金属基板进行预热，使其达到钎焊温度的一半左右。
4. 加热钎焊区域：使用适当的加热设备对钎焊区域进行均匀加热，使其达到钎焊温度。
5. 保温：在钎焊温度下，对钎焊区域进行保温，使钎料与陶瓷金属基板发生反应。
6. 冷却：在保温一定时间后，将加热设备停止加热，让钎焊区域自然冷却。
7. 清洁：冷却后，用去离子水或其他清洁剂对焊接区域进行清洁，去除冷却后产生的氧化物等物质。
8. 检查和评估：对焊接区域进行检查和评估，检查焊缝是否均匀牢固，评估焊接质量和性能。
陶瓷金属钎焊方法的优势与应用相比传统的焊接方法，陶瓷金属钎焊方法具有以下优势：1. 高强度连接：陶瓷金属钎焊方法通过金属间化合物的形成，能够实现高强度的连接，提高了焊接的稳定性和可靠性。
金属与陶瓷封装工艺
金属与陶瓷封装工艺是电子元器件封装中常用的两种工艺方法。
金属封装工艺是将电子元器件封装在金属外壳中，以达到保护元器件和与外界连接的功能。
主要的金属封装工艺包括TO封装、QFP封装、BGA封装等。
陶瓷封装工艺是将电子元器件封装在陶瓷外壳中，主要通过陶瓷材料的绝缘性能、耐高温性能以及优良的机械性能来实现对元器件的保护。
陶瓷封装主要应用于高可靠性和高温环境下的电子元器件，如功率器件、磁传感器等。
金属和陶瓷封装工艺各有其特点和应用范围。
金属封装通常具有较低的成本、较好的导热性能和较高的机械强度，适用于一般的电子元器件封装。
而陶瓷封装则具有较好的电绝缘和耐高温性能，适用于要求较高可靠性和高温环境的电子元器件。
陶瓷和金属的连接
姓名：王玉琪学号：1130420125
一·为什要将陶瓷与金属连接在一起
陶瓷材料具有许多传统材料不具备的优点。
陶瓷材料主要有氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、碳化硼、氮化硼等，材料的性能特点主要是硬度高、耐高温、耐磨、大部分材料绝热绝缘性好、比重小于钢铁，主要用于工程机械配套需要耐高温、耐磨的场合，如航天工业高速摩擦件、各种密封件、泵和压缩机的柱塞和缸套、高级轴承等。
但是陶瓷材料脆、不耐冲击、抗拉及抗弯曲较差，而金属材一般有很高的机械强度、韧性好、较能耐高温、导电传热性好，广泛应用于机械工程中关键零部件和一切重工业中的大型构件，在工业生产中有广泛的应用。
陶瓷和金属材料的连接，可以很好地使两种材料的性能得到更好的发挥，如将 CC 与 TiAl 连接起来应用在航空航天领域中的热端部件，如制成火箭发动机喷管构件等，可以大大减轻构件重量，提高火箭发动机推重比。
因而，研究陶瓷和金属两种材料简便、高效、节能的连接方法很有工业应用前景。
二·陶瓷与金属连接特点
金属和陶瓷是两类完全不同的材料。
它是把两种材料性能差异很大的零件采用合适的工艺过程连接成为一个整体。
由于陶瓷和金属在物理性质、化学键型、力学性质和微观结构等方面差异很大,使用一般的方法是很难按照需求把它们连接到一起的。
陶瓷与金属连接过程中，绝大多数金属与陶瓷存在较大的热失配,在加热过程中连接陶瓷与金属时,由于接头处很容易产生残余应力,使接头的力学性能被削弱;熔化的金属很难润湿陶瓷;陶瓷耐热冲击力弱,有较低的热导率,加热时很容易产生裂纹,所以应该控制加热和冷却速度并减小焊接区域的温度梯度。
金属和陶瓷的焊接属于异种材料的焊接，一般需要添加中间层，中间层的使用对焊接接头性能影响很大。
焊接中间层在金属和陶瓷的连接连接中的主要作用包括：1改善母材表面接触，润湿母材；2可以抑制夹杂物的形成，促进其破碎或分解；3改善冶金反应，避免或者减少形成脆性金属间化合物和有害的共晶组织，优化接头显微结构从而提高接头强度；4可以降低焊接温度、减少扩散焊接时间，从而控制接头应力、提高接头强度；5减小金属和陶瓷间因力作用，改善因膨胀系数不同造成的变形。
实验表明，添加不同厚度的中间层对接头强度的影响不同。
ZrB2-SiC 陶瓷和 Ni 的扩散焊实验中发现：中间层为固态 Ni 和 1mm 泡沫Ni 会发生脆性断裂；2和 4mm 厚中间层时，外加载荷应力达到塑性应变，随后残余阻力导致接头失效；6mm 中间层有很好的塑性，但由于泡沫金属的多孔性导致接头刚度较低。
三·金属与陶瓷的扩散焊
扩散焊是压焊的一种，它是指在相互接触的表面，在高温压力的作用下，被连接表面相互靠近，局部发生塑性变形，经一定时间后结合层原子间相互扩散而形成整体的可靠连接过程。
影响扩散焊质量的焊接工艺参数因素很多，主要有焊接温度、保温时间、焊接压力等，合理控制影响因素保证焊接接头力学性能，一直是众多研究者关注的焦点。
焊接温度是促进原子扩散连接的最主要因素。
扩散系数D与加热温度 T成指函数关系。
提高加热温度能够提高原子，分子的能量，对消除空隙起着决定性作用。
温度还影响被焊材料原子的扩散行为及材料的屈服强度，但温度过高，接头强度有所降低。
保温时间是影响扩散焊接接头质量的重要因素。
保温时间过短，元素扩散不能充分进行，严重时会导致焊缝中残留许多孔洞，焊接接头强度不高；但是，保温时间过长，会使焊件晶粒粗大，降低力学性能。
在焊接过程中，扩散原子走过的平均距离与扩散时间的平方成正比，因此，必须选择合适的保温时间，得到一定宽度并且组织结构优良的扩散层，从而得到性能良好的焊接接头。
焊接面微观存在许多凸起，凸起程度主要取决于表面粗糙度。
在焊接过程中常施加压力使焊接表面微观凸起部分产生塑性变形，激活界面区原子，消除界
面孔洞，使焊接表面接近到原子间结合力起作用的距离之内来完成焊接面上的原子间结合。
近年来不断开发出了一些新的扩散焊接方法，如高压电场下的扩散焊，该方法借助于高压电场（1000V以上）及温度的共同作用，使陶瓷内电介质电离，在与金属邻近的陶瓷材料内形成了一薄层充满负离子的极化区。
此外，由于材料表面的显微不平度，陶瓷与金属间只有个别小点相接触，大部分地区形成微米级的间隙。
集结在微小间隙两侧的离子使这些地区的电场急剧升高，此外加电场可增加3～4个数量级。
由于异性电荷相吸，使被连接的两种材料相邻界面达到紧密接触（其间距小于原子间距），随后借助于扩散作用，使金属与陶瓷得以连接。
除了研究改变工艺参数和结构外，还可以通过在焊接前后适当添加一些辅助工艺能更好地实现焊接，如加氢处理、激光预焊芯板夹层等。
四·陶瓷与金属的自蔓延高温合成焊接法
自蔓延高温合成技术也称为燃烧合成技术，是由制造难熔化合物（碳化物、氮化物和硅化物）的方法发展而来的。
在这种方法中，首先在陶瓷与金属之间放置能够燃烧并放出大量生成热的固体粉末，然后用电弧或辐射将粉末局部点燃而开始反应，并由反应所放出的热量自发地推动反应继续向前发展，最终由反应所生成的产物将陶瓷与金属牢固地连接在一起。
该方法的显著特点是能耗低，生产效率高，对母材的热影响作用小，通过设计成分梯度变化的焊缝来连接异种材料，可以克服由于热膨胀系数差异而造成的焊接残余应力。
但燃烧时可能产生气相反应和有害杂质的侵入，从而使接头产生气孔和接头强度降低。
因此，连接最好在保护气氛中进行，并对陶瓷与金属的两端加压。
根据待焊母材的不同来源也可将自蔓延反应连接分为一次连接和二次连接。
一次连接是指连接前待焊母材不是现有材料，而是在自蔓延高温连接过程中通过中间层原位合成的连接工艺；而二次连接是指待焊母材在连接前已经制备好，中间层在连接过程中作为焊料将其连接在一起的连接工艺。
CC/Ti 钎焊接头强度取决于
自蔓延焊接连接处的好坏与许多因素有关，如CC/Ti 钎焊接头强度取决于钎料在 CC 表面的润湿能力和 CC 纤维的取向。
使用在 CC 表面润湿性最好的Cu-ABA 钎料可获得最高的连接强度，CC 纤维平行于待焊面的接头强度要高于垂
直的情况。
同时，钎料在碳材料表面的铺展行为与钎料成分有关。
在钎料中添加亲碳活性元素(如 Ti、Si 等)可以通过在界面处形成碳化物而改善钎料在碳表面的润湿性。
自蔓延过程中钎料颗粒颗粒大小或箔片厚度，自蔓延的反应温度，保温时间对反应结果都有重大影响。
在进行自蔓延反应前需要对中间层发生自蔓延反应的最低预热温度进行计算，同时研究中间层绝热温度与预热温度间的定量关系。
有时自蔓延反应放出的热量无法达到焊接所需的温度，则为保证中间层自蔓延反应燃烧波自维持，就需要对中间层进行预热，也可以添加能产生高放热反应的组元。
在进行体系绝热温度计算之前，有必要对体系的合成产物做出合理的预估，得到总反应方程式。
预期产物为常见的化合物。
根据热力学相关理论，当多组元体系发生反应时，反应物不唯一，则在体系中最终反应产物将是标准生成吉布斯自由能最负的化合物。
日本的Miyamo to等首次利用SHS焊接技术，研究了金属Mo与TiB2和TiC 陶瓷的焊接，试验利用Ti＋B或Ti＋C粉末作为反应原料，预压成坯后加在两个Mo片之间，利用石墨套通电发热来引发反应，成功地获得了界面结合完整的焊接接头。
何代华等采用燃烧合成技术成功地制取了TiB2陶瓷/金属Fe试样，且焊接界面结合良好，中间焊料层Fe的质量百分含量较高时，界面结合优于Fe 质量百分含量低的界面结合情况。
孙德超等以FGM焊料（功能梯度材料）成功实现了SiC陶瓷与GH 4146合金的SHS焊接。
目前SHS机理研究尚未成熟，设备开发和应用投资颇大，所以SHS焊接尚未工程化，其次由于焊接接头的好坏评估的科学方法尚未成熟，所以在一些要求高的领域未能得到普遍的接受。
