选择银基活性钎料（ABA）主要是因为其出色的塑性和低的屈服强度。在连接氧化铝陶瓷和不锈钢时，由于材料物理性质的差异，界面会承受显著的机械张力。银基ABA的柔软特性使其能够在冷却过程中物理变形，吸收这种应力，从而防止易碎的陶瓷部件开裂。
核心见解 连接陶瓷与金属的基本挑战在于管理热失配。银基ABA充当吸应力缓冲器；它能够发生塑性变形，从而缓解否则会使陶瓷界面破碎的残余力。
异种材料的挑战
热膨胀系数（CTE）失配
使用银基ABA的主要驱动因素是两种材料对热的反应存在显著差异。
不锈钢会随着温度变化而显著膨胀和收缩。相比之下，氧化铝陶瓷在尺寸上更稳定。在钎焊的冷却阶段，钢的收缩速度比陶瓷快，这会在接头处产生巨大的拉力。
弹性模量差异
材料在刚度（即弹性模量）方面也存在差异。
氧化铝陶瓷非常坚硬且易碎；它不会拉伸。奥氏体不锈钢更具延展性，但仍然坚固。如果没有柔性界面，坚硬的陶瓷将承受收缩力的主要部分，从而导致不可避免的断裂。
银基ABA的机理
塑性变形作为缓冲
银基ABA通过其低屈服强度解决了失配问题。
由于该合金在物理上很柔软，它在应力下容易屈服（拉伸或压缩）。钎料层本身发生变形，而不是将热收缩力直接传递给陶瓷。合金的这种“牺牲”消散了否则会导致失效的能量。
缓解残余应力
关键时刻发生在钎焊后的冷却过程中。
随着接头冷却，合金会发生塑性变形以适应收缩的钢。这有效地“放松”了接头，显著降低了界面处积累的热残余应力。
操作性能和验证
可靠的密封能力
该材料选择的有效性通过其保持气密密封的能力得到了验证。
使用AgCu28Ni1.5等特定合金，接头显示的氦泄漏率小于4×10⁻⁴ Pa·m³/s。这表明了适用于真空应用的高完整性粘合。
热稳定性
尽管柔软，该合金在高温运行温度下仍能保持完整性。
测试证实，这些接头在500°C下可承受长时间（48小时）而不会失效。这证明了银基的塑性不会损害其在高温环境中的功能。
理解权衡
工艺敏感性
虽然银基ABA有效，但该工艺需要精确控制才能获得正确的机械性能。
例如，需要特定的工艺规程——例如830°C的钎焊温度和15分钟的保温时间——以确保合金正确润湿表面而不降解。偏离这些参数可能导致接头过于脆弱或缺乏适当的附着力。
柔软度与结构刚度
使银基ABA受欢迎的特性——其柔软度——也是一个结构限制。
由于该合金的屈服强度低，它在缓解热应力方面非常出色，但可能不适用于必须承受极端机械载荷或剪切力的接头。设计依赖陶瓷和钢的结构强度，而钎料仅作为连接组织。
为您的目标做出正确选择
在设计氧化铝和不锈钢之间的接头时，请考虑您的主要性能指标。
- 如果您的主要关注点是防止开裂：优先选择银基ABA，因为其高塑性是防止导致陶瓷破裂的CTE失配的最有效防御。
- 如果您的主要关注点是气密密封：确保您的工艺遵循严格的参数（例如830°C/15分钟循环），以实现低氦泄漏率。
最终，银基ABA是此应用行业的标准，因为它优先考虑陶瓷部件的生存能力而非接头的刚度。
总结表：
| 特性 | 描述 | 优点 |
|---|---|---|
| 材料特性 | 高塑性与低屈服强度 | 通过变形吸收热应力 |
| 热管理 | CTE失配缓冲 | 防止冷却过程中陶瓷开裂 |
| 真空完整性 | < 4×10⁻⁴ Pa·m³/s 氦泄漏率 | 确保高完整性的气密密封 |
| 热稳定性 | 在500°C下稳定超过48小时 | 在高温环境中保持接头完整性 |
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参考文献
- Jian Feng, Antonio Hurtado. Active Brazing for Energy Devices Sealing. DOI: 10.3390/jeta2010001
本文还参考了以下技术资料 Kintek Furnace 知识库 .
