何晨杰,王 娟,鄭開(kāi)宏,鄭志斌

廣東省科學(xué)院新材料研究所，廣東省金屬?gòu)?qiáng)韌化技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省鋼鐵基復(fù)合材料工程研究中心，廣東廣州510650

Al2O3陶瓷因其優(yōu)異的物理和化學(xué)性能而受到廣泛關(guān)注［1］，其具有高耐腐蝕和磨損特性、中等熱傳導(dǎo)性、低密度、高硬度，極高壓縮強(qiáng)度、中等至超高機(jī)械強(qiáng)度、極佳的電絕緣性、生物惰性、食品相容性等特性，以及來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，使得在微電子、航空航天、生物醫(yī)療、化工等領(lǐng)域中受到越來(lái)越多的關(guān)注［1-5］．但Al2O3陶瓷固有的高脆性和低沖擊韌性，導(dǎo)致其加工性能差，這極大的限制了大型氧化鋁陶瓷構(gòu)件和復(fù)雜構(gòu)件的生產(chǎn)和應(yīng)用［6-7］．于是，陶瓷連接這一關(guān)鍵技術(shù)得到了學(xué)者的重點(diǎn)關(guān)注［8］．為促進(jìn)氧化物釬料連接Al2O3陶瓷技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展，對(duì)氧化物焊料連接Al2O3陶瓷的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述．

1 氧化物釬料連接Al2O 3陶瓷的方法

應(yīng)用陶瓷連接的技術(shù)可以將小尺寸、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的陶瓷構(gòu)件組裝成為大尺寸、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陶瓷構(gòu)件，以滿足生產(chǎn)生活的需要．目前應(yīng)用較成功且研究較多的連接方法有擴(kuò)散連接、活性金屬連接、氧化物連接等［1，9-10］，然而每種連接技術(shù)都有其自身的局限性［10］．?dāng)U散連接需要在高溫或高壓環(huán)境中進(jìn)行，其連接成本較高、工藝較復(fù)雜．活性金屬連接會(huì)因?yàn)樘沾膳c活性填料的熱膨脹系數(shù)不匹配而導(dǎo)致接頭具有高殘余應(yīng)力，對(duì)連接效果產(chǎn)生不良的影響；除此之外，活性金屬易發(fā)生氧化，不利于腐蝕性工況的使用．氧化物連接，因氧化物焊料形成的玻璃焊縫與陶瓷母材的化學(xué)相容性好［11］、熱膨脹系數(shù)相近，其可適應(yīng)惡劣工況且連接工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境污染小，受到了學(xué)者的廣泛關(guān)注．

氧化物釬焊（玻璃連接法）的原理是利用氧化物釬料熔化后形成玻璃體系，向陶瓷滲透并潤(rùn)濕陶瓷表面而實(shí)現(xiàn)可靠連接［8］．使用氧化物對(duì)陶瓷進(jìn)行連接，可通過(guò)改變焊料中各氧化物的組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱膨脹系數(shù)、熔融溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等參數(shù)的控制，從而使其更加契合母材的性質(zhì)和陶瓷構(gòu)件的服役條件．

氧化物釬料連接陶瓷可分為一步釬焊和兩步釬焊．一步釬焊一般是指，使用氧化物粉末進(jìn)行調(diào)漿后直接涂敷在陶瓷的待連接面上進(jìn)行燒結(jié)．兩步釬焊指的是，先將氧化物粉末在模具中進(jìn)行燒結(jié)熔制后淬火獲得玻璃，再將玻璃研磨至一定粒度的顆粒后于有機(jī)溶劑中進(jìn)行調(diào)漿，對(duì)陶瓷進(jìn)行涂敷，燒結(jié)，最終得到完整的釬焊接頭．圖1和圖2為兩種釬焊方法連接Al2O3陶瓷的流程示意簡(jiǎn)圖．一般來(lái)說(shuō)，一步釬焊法因?yàn)椴Ａ壑坪吞沾蛇B接同時(shí)進(jìn)行，有助于玻璃釬料與陶瓷基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散，但釬料中的粘結(jié)劑揮發(fā)易形成孔洞，而玻璃釬料在高溫下較粘稠，導(dǎo)致氣泡無(wú)法得到有效排出，使得到的接頭中普遍含有大量氣孔．兩步釬焊法將玻璃熔制和陶瓷連接分開(kāi)進(jìn)行，一方面確保了玻璃釬料中結(jié)晶行為的順利發(fā)生，另一方面大大降低了接頭的氣孔數(shù)量．

圖1 一步釬焊法簡(jiǎn)圖Fig.1 Schematic diagram of one-step brazing method

圖2 兩步釬焊法簡(jiǎn)圖Fig.2 Schematic diagram of two-step brazing method

2 氧化物焊料

氧化物釬料的成分主要是Al2O3，CaO，BaO和MgO，另外還加入作為燒結(jié)助劑或晶核劑的Y2O3，Ta2O3，B2O3和Dy2O3等［12-14］．在氧化物釬料中加入晶核劑或調(diào)整其組分配比，可使釬料在連接陶瓷的過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或析晶反應(yīng)，在玻璃內(nèi)均勻地析出大量的微小晶體，從而在接頭中形成致密的微晶相和玻璃相的多相復(fù)合體，微晶的出現(xiàn)通常會(huì)對(duì)玻璃接頭產(chǎn)生強(qiáng)化效果．微晶玻璃連接陶瓷的過(guò)程中，由于玻璃釬料良好的流動(dòng)性和潤(rùn)濕性可實(shí)現(xiàn)對(duì)陶瓷連接面的良好浸潤(rùn)，同時(shí)結(jié)晶行為的發(fā)生可以大大降低非晶玻璃的自由能，這些均有利于化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，反應(yīng)層的生成可以提高母材與釬料的界面結(jié)合力，極大的提高接頭強(qiáng)度．也有學(xué)者向氧化物焊料中添加具有高硬度、低熱膨脹系數(shù)等性能較好的骨料，實(shí)現(xiàn)接頭的進(jìn)一步改善［15］．

Al2O3陶瓷氧化物焊料分為高溫氧化物焊料和低溫氧化物焊料，高溫氧化物焊料一般指陶瓷的連接溫度為1000℃以上的焊料，低溫氧化物焊料指適用于在1000℃以下進(jìn)行陶瓷連接的焊料．表1列出了近年來(lái)學(xué)者研究較多的氧化物釬料微晶玻璃晶體相．

表1 微晶玻璃釬料連接Al2O 3陶瓷常見(jiàn)的的微晶相Table 1 The crystalline phases of glass oxide solder bonding Al2O 3 ceramics

2.1 高溫氧化物焊料

通常認(rèn)為高溫氧化物焊料以Al2O3，CaO和SiO2為主，可加入一定量的ZnO，B2O，SiO2及MgO等氧化物，以調(diào)節(jié)玻璃釬料的熔融溫度點(diǎn)、熱膨脹系數(shù)及抗腐蝕能力．

2.1.1 CaO-Al2O3-SiO2系焊料（CAS）

Zhu Weiwei等人［17］使用加有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的TiO，1%的Na2O和1%的K2O的CaO-Al2O3-SiO2系焊料在1170~1190℃下實(shí)現(xiàn)了對(duì)Al2O3陶瓷的連接，分析了連接層的相組成及連接件的熱穩(wěn)定性．圖3為CaO-Al2O3-SiO2（CAS）系微晶玻璃連接Al2O3陶瓷接頭微觀形貌，圖中A，S，β分別為CaAl2Si2O8相、CaTiSiO5相和LiAlSi2O6相．研究結(jié)果表明：當(dāng)以50℃/min對(duì)連接件進(jìn)行淬火時(shí)，在1170~1190℃進(jìn)行連接的試樣產(chǎn)生了CaTiSiO5（榍石），且CaTiSiO5的數(shù)量隨連接溫度的升高而減少，1210℃連接的試樣連接層為非晶相；當(dāng)以15℃/min對(duì)連接件進(jìn)行淬火時(shí)，在1170~1190℃連接的試樣產(chǎn) 生 了CaTiSiO5和CaAl2Si2O8（鈣 長(zhǎng) 石），且CaTiSiO5和CaAl2Si2O8的數(shù)量隨連接溫度的升高而增加，晶粒逐漸變得粗大，然而CAS玻璃的XRD結(jié)果未發(fā)現(xiàn)CaAl2Si2O8，推測(cè)是因?yàn)椴ＡрF料與Al2O3陶瓷發(fā)生反應(yīng)而生成的；當(dāng)連接溫度增加了800，900和1120℃的促結(jié)晶溫度梯度時(shí)，對(duì)于1190℃連接的陶瓷試樣，在800和900℃結(jié)晶處理的試樣連接層 中 發(fā) 現(xiàn) 了CaTiSiO5，LIAlSi2O6（鋰 礦 石）和CaAl2Si2O8，1120℃處理后的試樣連接層中只發(fā)現(xiàn)了CaTiSiO5．這是由于當(dāng)Al2O3陶瓷被CAS玻璃浸潤(rùn)時(shí)，Al2O3顆粒將溶解到CAS玻璃夾層中，最終改變玻璃接頭的成分，使其向CAS相圖Al2O3側(cè)移動(dòng)，這也解釋了CaAl2Si2O8的出現(xiàn)及其含量隨溫度升高而增加的現(xiàn)象，同時(shí)說(shuō)明慢速淬火有利于微晶玻璃的結(jié)晶．

圖3 CaO-Al2O3-SiO2（CAS）系微晶玻璃連接Al2O3陶瓷接頭微觀形貌（a）~（b）800℃；（c）~（d）900℃Fig.3 Microstructure of CAS glass-ceramics bonding Al2O 3 ceramic joint

Fujitsu等 人［18］分 別 將 質(zhì) 量 分 數(shù) 為22CaO-32Al2O3-46SiO2，29CaO-29Al2O3-42SiO2，36CaO-30Al2O3-34SiO2和39CaO-34Al2O3-27SiO2的氧化物釬料在1650℃下熔融，淬火后得到玻璃粉，使用該玻璃粉在1550℃下實(shí)現(xiàn)了對(duì)Al2O3陶瓷的連接．XRD結(jié)果顯示，接頭主要成分為CaAl12O19，這是因?yàn)樵贏l2O3陶瓷的界面處由于Al元素含量的增加，促使相組成向Al2O3的一側(cè)偏移，故連接后接頭部分 有CaO-Al2O3-2SiO2，2CaO-Al2O3-SiO2和CaO-6Al2O3．

L.Esposito等人［29］使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為61.8SiO2-14.9Al2O3-23.3CaO的氧化物焊料在1250℃實(shí)現(xiàn)了對(duì)Al2O3陶瓷的連接．研究結(jié)果表明，該連接過(guò)程中無(wú)相互擴(kuò)散和溶解發(fā)生．SEM觀察其微觀形貌發(fā)現(xiàn)，快速冷卻的試樣接頭界面比慢速冷卻時(shí)要清晰，同時(shí)測(cè)得最大三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為228±53 MPa．

燒結(jié)Al2O3陶瓷時(shí)的陶瓷雜質(zhì)相為CaO-Al2O3-SiO2，因此CAS微晶玻璃與Al2O3陶瓷之間具有非常好的化學(xué)相容性．由于CAS玻璃焊料的晶化能力差，單純使用時(shí)會(huì)導(dǎo)致接頭連接層晶體含量少，難以契合高溫工況的應(yīng)用［30］．所以，在使用CAS系玻璃焊料連接陶瓷時(shí)，加入晶核劑是促進(jìn)焊料晶化的方 法，其 中TiO2，CaF2，ZrO2，P2O5，Cr2O3，La2O3和MoO3等均可作為晶核劑加入到CAS焊料中，而TiO2是使用較多且效果較好的形核劑，具有廣泛的應(yīng)用前景．

2.1.2 B2O3-Al2O3-SiO2系焊料（BAS）

BAS系焊料具有低的膨脹系數(shù)、高的化學(xué)穩(wěn)定性、生物相容性和介電性能等，在微晶玻璃釬焊領(lǐng)域中受到學(xué)者的廣泛關(guān)注．形成微晶玻璃需要具有玻璃形成體、網(wǎng)絡(luò)外體、網(wǎng)絡(luò)中間體及形核劑．但B2O3，Al2O3和SiO2都是玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體，三者不能單獨(dú)形成玻璃［31］，所以在使用BAS系玻璃釬料對(duì)陶瓷進(jìn)行連接時(shí)一般需要加入晶核劑或燒結(jié)助劑，從而調(diào)整連接溫度并促進(jìn)玻璃釬料中晶體的析出，常見(jiàn)的晶核劑和燒結(jié)助劑有BaO，CaO及MgO等．

蓋磊等人［20］研究了不同B2O3/SiO2比的BAS玻璃對(duì)Al2O3/ZTA在1200，1300和1400℃下的連接情況，研究結(jié)果表明，當(dāng)硼硅比n=0.5，1.5，2.5，3.5時(shí)，均能實(shí)現(xiàn)對(duì)Al2O3陶瓷和ZTA陶瓷的連接．當(dāng)n=0.5時(shí)，BAS體系在800℃時(shí)熔融且無(wú)晶體析出，在900℃時(shí)發(fā)生析晶反應(yīng)且接頭組織為CaAl2Si2O8，未出現(xiàn)晶須；當(dāng)n=1.5時(shí)，BAS體系在1400℃時(shí)達(dá)到最佳抗剪強(qiáng)度42 MPa，接頭出現(xiàn)大量晶須且具有較高的長(zhǎng)徑比，無(wú)反應(yīng)層出現(xiàn)，接頭組成為玻璃相+Al4B2O9+Al18B4O33；當(dāng)n=2.5時(shí)，BAS體系在1300℃下得到均勻致密的接頭且兩側(cè)各有10μm的反應(yīng)層生成，產(chǎn)生大量晶須，晶須占焊縫體積分?jǐn)?shù)的80%左右且長(zhǎng)徑比大于10，在1400℃下獲得最佳剪切強(qiáng)度45 MPa，反應(yīng)層組織為Al1.75Si0.15O2.85，接頭組織為玻璃相+Al18B4O33；當(dāng)n=3.5時(shí)，BAS體系接頭中晶須數(shù)量減少，玻璃釬料軟化溫度變高，出現(xiàn)裂紋和孔隙，1400℃下獲得最佳抗剪強(qiáng)度36 MPa．

李橫俯等人［31］研究了BaO，MgO和CaO對(duì)BAS體系微晶玻璃晶化行為的影響．研究結(jié)果表明：硼硅比小于0.6時(shí)系統(tǒng)熔制性能較差，硼硅比大于0.6小于1.3時(shí)系統(tǒng)能夠形成均一穩(wěn)定的玻璃，硼硅比大于1.3時(shí)玻璃極易分相；除此之外，BaO的加入使得BAS系統(tǒng)在800℃時(shí)先析出Al4B2O9，升溫至1100℃時(shí)Al18B4O33和Al5BO9晶相相繼出現(xiàn)；MgO的加入，使BAS系統(tǒng)析出的主晶相是Al4B2O9，晶體為柱狀晶粒，直徑約為0.5μm，長(zhǎng)度約為2~4μm；CaO的加入，使BAS系統(tǒng)析出的主晶相是Al18B4O33，晶體為長(zhǎng)柱狀，直徑約為0.1μm，長(zhǎng)度約為0.5~1μm．研究還發(fā)現(xiàn)，在BAS體系中加入BaO，MgO及CaO可以提高微晶玻璃的體積密度，同時(shí)使得玻璃具有較低的熱膨脹系數(shù)和較高的軟化溫度，體現(xiàn)出良好的高溫性能．

BAS系微晶玻璃的主要析出晶體是Al4B2O9和Al18B4O33，此類(lèi)晶體具有較高的長(zhǎng)徑比，在玻璃體系內(nèi)以晶須形態(tài)存在，對(duì)玻璃體系的強(qiáng)度產(chǎn)生積極影響．Al4B2O9和Al18B4O33晶須除在玻璃體系中生長(zhǎng)外，也在基體界面處生長(zhǎng)．界面處的晶須排布方向趨于由界面指向焊縫中部，對(duì)提高接頭的界面結(jié)合力有一定的促進(jìn)作用．在BAS系微晶玻璃釬料中加入堿土金屬氧化物可以降低焊料的熱膨脹系數(shù)，提高軟化溫度，便于在高溫工況下使用．但過(guò)量的MgO會(huì)引起玻璃分相，從而降低玻璃的透明度．

2.2 低溫氧化物焊料

低溫玻璃釬料一般用于1000℃以下的陶瓷連接，該氧化物釬料具有較低的熔融溫度［32］，可以在低溫下實(shí)現(xiàn)對(duì)陶瓷的連接，研究較多的有Bi2O3-B2O3-ZnO，Bi2O3-B2O3和Al2O3-B2O3等體系．

Cao等人［26］使用質(zhì)量比為1∶15的B2O3和Al2O3粉末在800℃下對(duì)Al2O3陶瓷進(jìn)行了連接，并對(duì)連接件進(jìn)行了熱循環(huán)試驗(yàn)．研究表明：第三次熱循環(huán)的接頭中含有大量的晶須，XRD結(jié)果顯示該組織為Al4B2O9；第四次熱循環(huán)的試樣有最大的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度90.29 MPa，此時(shí)接頭內(nèi)晶須消失，出現(xiàn)致密塊狀物．

Guo Wei等 人［22］使 用 摩 爾 比 為40∶40∶20的Bi2O3，B2O3，ZnO焊料在630~750℃之間實(shí)現(xiàn)了對(duì)95 Al2O3陶瓷的連接．圖4為40Bi2O3-40B2O3-20ZnO微晶玻璃連接Al2O3陶瓷接頭微觀形貌．研究發(fā)現(xiàn)，接頭處的主要組織為玻璃狀基質(zhì)相和ZnAl2O4顆粒，ZnAl2O4是氧化鋁基體與玻璃中ZnO發(fā)生化學(xué)反應(yīng)得到的主要產(chǎn)物．試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，ZnAl2O4晶粒的尺寸隨著連接溫度的升高而增大，而試樣接頭的剪切強(qiáng)度隨溫度的增大呈先增大后減小的趨勢(shì)，在連接溫度為650℃時(shí)得到了最大的剪切強(qiáng)度95 MPa．

圖4 40Bi2O 3-40B2O 3-20ZnO微晶玻璃連接Al2O3陶瓷接頭微觀形貌（Ⅰ-玻璃，Ⅱ-ZnAl2O 4）Fig.4 Microstructure of 40Bi2O 3-40B 2O 3-20ZnO glass-ceramics bonding Al2O 3 ceramic joint（Ⅰ-glass，Ⅱ-ZnAl2O 4）

Niu等人［24］使用摩爾比為50∶35∶15的Bi2O3，B2O3，ZnO焊料，采用一步釬焊法在650~700℃實(shí)現(xiàn)了對(duì)95 Al2O3陶瓷的連接，并對(duì)Bi50玻璃在Al2O3基體上的相變和潤(rùn)濕性進(jìn)行了研究，同時(shí)采用Comsol Multiphysics模擬了氣孔行為及不同釬焊工藝獲得的Al2O3接頭形貌．研究發(fā)現(xiàn)，連接溫度為462和541℃時(shí)接頭析出了Bi4B2O9和Bi2ZnB2O7，這是由于Bi50玻璃有較強(qiáng)的結(jié)晶行為，玻璃夾層致密化過(guò)程比較耗時(shí)，所以當(dāng)玻璃焊料的粘度突然下降時(shí)接頭處會(huì)產(chǎn)生封閉孔隙．另外，由于夾層結(jié)構(gòu)的特殊性，浮力效應(yīng)失效，故封閉的氣孔無(wú)法與液相分離，所以一步釬焊法得到的接頭處往往含有封閉或開(kāi)放的孔隙．對(duì)于該問(wèn)題，提出了兩步釬焊法并采用該方法得到了缺陷較少的接頭，同時(shí)進(jìn)一步降低了連接溫度．

Lin等人［33］使用摩爾比為50∶30∶20的Bi2O3，B2O3，ZnO焊料對(duì)95 Al2O3陶瓷進(jìn)行了連接，并研究了該焊料對(duì)Al2O3陶瓷在400~750℃的潤(rùn)濕性．研究表明，該配比的焊料在氧化鋁表面的潤(rùn)濕性良好．試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)：焊料在650℃之前逐漸分解并完全熔融，同時(shí)帶狀ZnAl2O4在Al2O3和玻璃釬焊的界面形成；隨著溫度的升高，接頭處形成了一個(gè)近連續(xù)的ZnAl2O4界面反應(yīng)層，大量的ZnAl2O4顆粒通過(guò)Al2O3和ZnO的反應(yīng)在玻璃縫中分散分布，且在675℃下成功地獲得了最大剪切強(qiáng)度為72 MPa的ZnAl2O4增強(qiáng)接頭．

Guo等 人［34］使 用 摩 爾 比 為50∶50的Bi2O3和B2O3焊料在600~700℃實(shí)現(xiàn)了對(duì)95 Al2O3陶瓷的連接，獲得了無(wú)缺陷的良好接頭，同時(shí)還研究了該微晶玻璃體系對(duì)Al2O3陶瓷表面的潤(rùn)濕性．結(jié)果表明，該玻璃體系具有良好的潤(rùn)濕性，以及接頭中形成了Al4B2O9．圖5為50Bi2O3-50B2O3微晶玻璃連接Al2O3陶瓷接頭中Al4B2O9晶體的微觀形貌［27］．結(jié)果表明，該組織的形成有助于減少95 Al2O3陶瓷與玻璃釬料熱膨脹系數(shù)不匹配所導(dǎo)致的高殘余應(yīng)力問(wèn)題．同時(shí)還研究了溫度對(duì)接頭組織演變和力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明：隨著釬焊溫度的升高，Al4B2O9的尺寸增大，同時(shí)微晶玻璃釬料對(duì)Al2O3陶瓷的浸潤(rùn)情況也越來(lái)越好；接頭的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度隨溫度的升高呈先升高后降低趨勢(shì)，在625℃下獲得了最佳接頭強(qiáng)度188 MPa．

圖5 50Bi2O 3-50B2O 3微晶玻璃連接Al2O3陶瓷接頭中Al4B 2O9晶體微觀形貌Fig.5 Microstructure of Al4B 2O 9 crystal in Al2O 3 ceramic joint bonded with 50Bi2O3-50B 2O3 glass-ceramics

王卓等人［28］分別使用質(zhì)量比為63.9∶36.1的ZrO2-B2O3氧化物釬料和59.4∶40.6的Al2O3-B2O3氧化物釬料，在800℃時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)Al2O3陶瓷的連接．結(jié)果顯示：使用ZrO2-B2O3體系連接，試樣接頭釬料分布均勻、與基體無(wú)明顯色差，ZrO2和B2O3無(wú)化學(xué)反應(yīng)并未生成新物質(zhì)，連接界面分布有粒徑小于10 μm的ZrO2顆粒，由于在連接過(guò)程中ZrO2比重較大、易于沉積，故液相B2O3中的ZrO2在重力作用下沉積到連接界面處；使用Al2O3-B2O3體系連接，試樣連接層分布均勻、與基體無(wú)明顯色差，連接過(guò)程中Al2O3和B2O3發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)并在陶瓷表面及接頭處生成了棒狀新物質(zhì)Al4B2O9，但由于陶瓷表面反應(yīng)活化能低，故Al4B2O9較少，陶瓷表面的棒狀A(yù)l4B2O9與連接層的Al4B2O9相互交錯(cuò)，強(qiáng)化了接頭與基體的連接，使得該體系具有更高的連接強(qiáng)度．

Chen Haiyan等人［23］使用摩爾比為50∶40∶10的Bi2O3-B2O3-ZnO粉末，采用熔融法制得該體系微晶玻璃，并應(yīng)用該玻璃釬料在660℃真空環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了對(duì)Al2O3陶瓷和鍍鎳銅塊的連接．研究表明：真空釬焊Al2O3/50Bi2O3-40B2O3-10ZnO玻璃/Cu接頭成分為Al2O3/Al2O3+玻璃相/ZnAl2O4+玻璃相/（Ni，Cu）O/Ni+BiNi/Cu，釬焊溫度達(dá)到700℃后ZnAl2O4顆粒在Al2O3陶瓷一側(cè)團(tuán)聚，玻璃相滲透到Al2O3母材中，隨著溫度的持續(xù)升高ZnAl2O4顆粒的團(tuán)聚更加嚴(yán)重，玻璃相向Al2O3母材的滲透加劇，同時(shí)伴隨著Al2O3顆粒向玻璃的侵蝕；接頭的抗剪強(qiáng)度隨釬焊溫度的升高先增大后減小，在680℃時(shí)抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大值為21.1 MPa，此時(shí)接頭中ZnAl2O4顆粒細(xì)小且分散，對(duì)接頭產(chǎn)生了彌散強(qiáng)化作用．

長(zhǎng)期以來(lái)，含Pb的玻璃釬料因軟化溫度低、流動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，一直在低溫玻璃釬料中占主導(dǎo)地位．然而，Pb對(duì)環(huán)境的污染及對(duì)人體的傷害越來(lái)越不符合我國(guó)工業(yè)發(fā)展的要求．而B(niǎo)i元素與Pb具有相似的核外電子排布，但其對(duì)環(huán)境污染更小、對(duì)人體無(wú)害［35］，所以近年來(lái)成為學(xué)者們關(guān)于低溫玻璃釬料研究的重點(diǎn)，未來(lái)很有可能成為含Pb低溫玻璃釬料的最佳替代品．

3 結(jié)語(yǔ)

使用氧化物焊料對(duì)Al2O3陶瓷進(jìn)行連接，可以有效地解決大尺寸構(gòu)件直接加工難度高、工藝復(fù)雜及能耗高的問(wèn)題，得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注．

（1）參數(shù)可調(diào)控．良好的玻璃釬料成分設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)Al2O3陶瓷在高低溫下的連接，其中CAS和BAS系玻璃釬料適合陶瓷的高溫連接，而鉍酸鹽玻璃更適合陶瓷的低溫連接．通過(guò)調(diào)整釬料中各成分的配比可以對(duì)釬料的熔融溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及耐腐蝕性、熱膨脹系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而更好地適應(yīng)不同的使用工況．

（2）連接過(guò)程有化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生．參考釬料成分相圖從而對(duì)連接工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，往往可以實(shí)現(xiàn)較好的連接強(qiáng)度和接頭質(zhì)量．一方面，氧化物與陶瓷具有良好的化學(xué)相容性和浸潤(rùn)性，這有利于釬料中物質(zhì)與母材之間化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生；另一方面，微晶玻璃釬料在連接過(guò)程中會(huì)析出晶體，從而增強(qiáng)玻璃的自身強(qiáng)度，與反應(yīng)層共同對(duì)接頭產(chǎn)生強(qiáng)化效果．

（3）良好的耐腐蝕性能及抗氧化性能．采用氧化物焊料連接的接頭大多是非晶玻璃或微晶玻璃，而玻璃具有高強(qiáng)度和良好的耐腐蝕性能，在使用過(guò)程不易被氧化和腐蝕，這為惡劣工況下陶瓷構(gòu)件的使用提供了很大的便利．

綜上，采用氧化物焊料對(duì)Al2O3陶瓷進(jìn)行連接可以簡(jiǎn)化連接工藝，降低連接成本，滿足不同的連接溫度需求，適應(yīng)高腐蝕等惡劣工況，具有良好的光學(xué)性能和密封、絕緣性，在生物醫(yī)療、航空航天、微電子及家裝衛(wèi)浴等均有廣闊的應(yīng)用前景．然而，目前氧化物釬料連接陶瓷普遍存在接頭強(qiáng)度不高、接頭存在氣孔或裂紋、高溫下易軟化及破裂等問(wèn)題，可通過(guò)控制微晶尺寸、界面反應(yīng)層厚度及玻璃熔融溫度等進(jìn)行改善，具體方案仍需要學(xué)者進(jìn)行進(jìn)一步的研究．