陶瓷-金属材料实用封接技术(第3版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

作  者:高陇桥 编著 定  价:118 出 版 社:化学工业出版社 出版日期:2018年01月01日 页  数:315 装  帧:精装 ISBN:9787122296894 ●第1章陶瓷-金属封接工艺的分类、基本内容和主要方法
●1.1陶瓷-金属封接工艺的分类1
●1.2陶瓷-金属封接工艺的基本内容2
●1.2.1液相工艺2
●1.2.2固相工艺4
●1.2.3气相工艺5
●1.3陶瓷-金属封接工艺的主要方法5
●第2章真空电子器件用陶瓷-金属封接的主要材料和陶瓷超精密加工
●2.1概述7
●2.2陶瓷材料9
●2.2.1Al2O3瓷9
●2.2.2BeO瓷17
●2.2.3BN瓷24
●2.2.4AlN瓷27
●2.2.5CVD金刚石薄膜33
●2.2.6高温瓷釉34
●2.3精细陶瓷的超精密加工43
●2.3.1概述43
●2.3.2陶瓷超精密机械加工的几种方法43
●2.3.3陶瓷超精密加工的关键45
●部分目录

内容简介

本书为作者历经50多年的生产实践和研究试验的总结，除对陶瓷-金属封接技术叙述外，对常用封接（包括陶瓷、金属结构材料、焊料），以及相关工艺（例如高温瓷釉制造、陶瓷精密加工等）也进行了介绍。书中特别叙述了不同封接工艺的封接机理，强调了当今金属化配方的特点和玻璃相迁移方向的变化以及与可靠性的关系，介绍了许多常用的靠前外金属化配方和工艺。本次新修订第三版补充了大量近年来本领域材料和工艺等取得的更新成果和技术，以资同行参考。本书适用于真空电子器件、微电子器件、激光与电光源、原子能和高能物理、宇航工业、化工、测量仪表、航天设备、真空或电气装置、家用电器等领域中，并适合各种无机介质与金属进行高强度、高气密封接的科研、生产部门的工程技术人员阅读使用，也可作为大专院校有关专业师生的参考书。 序21世纪是知识经济时代，是科学技术飞速发展的年代，以科学技术为核心的知识是重要的战略性基础资源。真空电子器件已经广泛应用于所有国民经济领域，特别是应用于包括各种电子装备在内的民用和国防等领域。随着真空电子器件进入超高频、大功率、长寿命领域，玻璃与金属封接已不能胜任制管要求，必须采用陶瓷-金属封接工艺。真空电子器件是在高真空（10-5～10-6Pa）状态下工作的，对材料的气密性要求很高，对陶瓷-金属封接技术的要求更高。同时，陶瓷-金属封接应用领域不断扩大，从大功率微波管、大电流电力电子器件和高电压开关管等高真空器件，到新型、高效发电系统固体氧化物燃料电池，以及环保、汽车领域不可缺少的传感器等电子器件，都以高精度、高可靠的陶瓷-金属封接技术为基础。这给陶瓷-金属封接技术既带来了的机遇，也带来了严峻挑战。随着陶瓷-金属封接技术应用领域的进一步扩大，陶瓷-金属封接技术将在广度和深度上得到长足的发等

陶瓷-金属材料实用封接技术（第3版）：工艺、挑战与前沿展望 引言 陶瓷-金属材料的封接（或称钎焊、焊接、粘接）技术，在当今材料科学与工程领域扮演着至关重要的角色。其核心在于将具有优异高温强度、耐腐蚀性、绝缘性或特定电磁特性的陶瓷材料，与具有良好延展性、导电性、导热性或加工性的金属材料，通过可靠的连接方式实现功能集成。这种异质材料的连接，为航空航天、能源、电子、医疗器械等众多尖端科技领域的发展提供了不可或缺的技术支撑。 《陶瓷-金属材料实用封接技术（第3版）》深入探讨了这一关键技术，内容涵盖了从基础理论到实际应用的全方位知识。本书并非仅仅罗列各种连接方法，而是从材料特性出发，深入分析不同连接工艺的原理、优势、局限性以及关键影响因素。通过对大量实际案例的剖析，本书旨在为读者提供一套系统、实用且具有前瞻性的封接技术解决方案。 第一部分：基础理论与材料特性 在进入具体的封接技术之前，理解陶瓷与金属各自的材料特性以及它们之间可能产生的相互作用至关重要。 陶瓷材料特性解读： 陶瓷材料以其高熔点、高硬度、优异的绝缘性、耐高温性、耐磨损性、耐化学腐蚀性而著称。本书详细介绍了各类工程陶瓷（如氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅等）的微观结构、晶体学特征、热力学性质（热膨胀系数、热导率、比热容）、力学性能（抗压强度、抗拉强度、断裂韧性）以及电学和化学性能。特别地，本书强调了陶瓷材料的脆性以及其表面状态对封接成功率的巨大影响，例如表面粗糙度、氧化层、污染物等。 金属材料特性解读： 各种金属和合金（如不锈钢、铜、铝、镍基合金、贵金属等）在封接中的应用广泛。本书分析了它们的熔点、延展性、导电导热性、氧化行为、与其他材料的相容性以及对加工环境的敏感性。理解金属材料的塑性变形能力、固相线和液相线温度，对于选择合适的封接温度和工艺参数至关重要。 界面化学与物理： 陶瓷与金属之间不存在天然的化学键合，它们的连接通常依赖于中间层材料或特定的反应。本书深入探讨了陶瓷-金属界面的形成机制，包括润湿性、界面反应（如形成金属间化合物、氧化还原反应）、扩散以及由此产生的应力。理解这些界面行为，是避免界面脱粘、裂纹扩展等失效模式的关键。 第二部分：经典的陶瓷-金属封接技术 本书系统梳理了当前主流的陶瓷-金属封接技术，并对其进行了详细的阐述。 钎焊（Brazing）： 原理与分类： 钎焊是一种利用熔点低于母材但高于450°C的钎料，在不熔化母材的情况下，通过熔融的钎料填充接缝，实现金属间连接的工艺。本书详细介绍了根据钎料熔点、连接温度以及钎剂的使用情况进行的分类（如真空钎焊、保护气氛钎焊、感应钎焊、火焰钎焊）。 钎料选择： 针对不同的陶瓷-金属组合，本书提供了详尽的钎料选择指南。重点关注了活性钎料（含有Ti, Zr, V等活性元素的钎料）在连接氧化物陶瓷方面的应用，以及非活性钎料（如银铜、金铜、镍基等）在连接非氧化物陶瓷或金属基体时的优势。 工艺流程与关键参数： 从钎剂的选择与涂覆、工件预处理、装配、加热速率、保温温度与时间、冷却速率，到焊缝清理，本书逐一解析了每个环节的操作要点和对焊缝质量的影响。特别强调了真空度和气氛控制在避免氧化、促进润湿和减少缺陷中的作用。 常见问题与对策： 针对钎焊过程中可能出现的诸如润湿不良、焊缝空洞、裂纹、界面化合物过厚、应力集中等问题，本书提供了系统性的分析和解决方案。 扩散连接（Diffusion Bonding）： 原理与优势： 扩散连接是一种利用加热和加压，使两个表面紧密接触的材料之间发生原子间扩散，从而形成牢固连接的工艺。本书强调了其在连接对高温敏感材料、获得无接缝连接以及保持材料原有性能方面的独特优势。 工艺参数与影响： 详细阐述了温度、压力、时间、表面光洁度等关键工艺参数对扩散连接效果的影响。特别指出，温度的选择需要兼顾扩散速率和材料的变形，而压力则影响接触面积的增加。 界面行为分析： 深入探讨了扩散过程中原子迁移、界面化合物形成以及应力释放的机制。 粘接（Adhesive Bonding）： 粘接剂类型与选择： 尽管与焊接钎焊存在本质区别，但对于某些低温或对温度要求不苛刻的场合，聚合物粘接剂也常用于陶瓷-金属的连接。本书简要介绍了环氧树脂、硅橡胶、聚氨酯等不同类型粘接剂的特性，以及根据应用环境（温度、湿度、化学腐蚀性、机械载荷）选择合适粘接剂的原则。 界面准备与固化： 强调了表面处理（清洗、粗化、活化）在提高粘接强度中的重要性，以及不同粘接剂固化工艺（加热、紫外线照射）的适用性。 第三部分：先进的陶瓷-金属封接技术与应用 随着科技的进步，新的封接技术不断涌现，以满足日益严苛的应用需求。 反应烧结连接（Reaction Bonding）： 这种技术利用在高温下陶瓷和金属之间发生化学反应，生成新的化合物来形成连接。例如，活性钎焊中利用活性元素与陶瓷表面的反应来提高润湿性和结合强度。 等离子弧焊接（Plasma Arc Welding）与激光焊接（Laser Welding）： 对于特定结构的陶瓷-金属连接，这些高能束焊接技术能够实现局部精确加热，减少热影响区，提高焊接效率。本书会探讨其在微电子封装、传感器制造等领域的应用。 热喷涂（Thermal Spraying）： 通过将陶瓷或金属粉末加热熔化并高速喷射到基材表面，形成涂层，可以实现陶瓷或金属的制备与连接。例如，在金属基体上喷涂陶瓷涂层，再通过后续工艺实现连接。 3D打印与增材制造： 探讨了在增材制造过程中实现陶瓷-金属异质材料的逐层打印与连接，为复杂结构件的制造提供了新的可能。 第四部分：封接过程中的关键挑战与解决策略 陶瓷-金属封接的难点在于材料性质的巨大差异，本书系统梳理了这些挑战并提供了实用的解决方案。 热膨胀系数失配（CTE Mismatch）： 这是陶瓷-金属封接中最普遍的问题之一。由于陶瓷和金属的热膨胀系数差异巨大，在加热和冷却过程中会产生显著的内应力，容易导致界面裂纹或材料断裂。本书详细分析了CTE失配的产生机理，并提出了多种缓解策略，包括： 选择CTE相近的材料： 尽可能选择CTE相近的陶瓷和金属。 采用中间过渡层： 利用CTE介于陶瓷和金属之间的材料（如某些合金、金属陶瓷）作为缓冲层。 优化封接工艺： 控制加热和冷却速率，进行热处理应力消除。 结构设计： 通过设计柔性结构，如采用“V”形或“U”形连接，增加连接区域的柔韧性，分散应力。 引入微裂纹控制： 在设计中考虑引入可控的微裂纹，引导应力集中，避免灾难性失效。 界面反应与化合物的形成： 强烈的界面反应可能生成脆性的金属间化合物，降低连接强度和韧性，甚至导致界面分离。本书深入研究了不同材料体系下的界面反应产物，并给出了控制界面反应的途径，例如： 选择合适的钎料或填料： 避免生成脆性化合物的钎料。 控制反应温度和时间： 限制界面反应的程度。 引入阻挡层： 在界面之间加入一层阻挡层，抑制不利的扩散反应。 表面污染与氧化： 陶瓷和金属表面的污染物（油污、氧化层）会严重影响润湿性和结合力。本书强调了严格的表面清洁和预处理流程的重要性，包括机械清洁、化学清洗、退火、等离子体处理等。 封接质量的可靠性与无损检测： 确保封接质量的可靠性是工程应用的基础。本书介绍了多种无损检测技术，如超声波检测、X射线检测、声发射检测、渗透探伤等，用于评估焊缝内部缺陷，并强调了通过反复试验和失效分析来优化工艺流程。 第五部分：案例分析与前沿发展 本书通过丰富的实际案例，展示了陶瓷-金属封接技术在不同领域的应用。 航空航天领域： 如高温涡轮叶片、发动机燃烧室衬里、航天器结构件的连接。 能源领域： 如燃料电池的电极与电解质连接、核反应堆部件、高温热交换器。 电子电气领域： 如功率半导体器件的封装、高频微波器件、传感器、LED封装。 医疗器械领域： 如人工关节、牙科植入体、医疗传感器。 前沿展望： 智能化与自动化： 介绍智能制造技术在陶瓷-金属封接中的应用，如基于机器视觉的缺陷检测、自动化机器人焊接。 新材料与新工艺： 探讨新型陶瓷材料（如梯度材料、纳米陶瓷）、新型金属合金（如高熵合金）以及新兴封接技术（如固相焊接、超塑性成形连接）在未来的应用潜力。 数值模拟与仿真： 强调利用有限元分析（FEA）等数值模拟工具，预测封接过程中的应力分布、温度场，优化工艺设计，降低试错成本。 结论 《陶瓷-金属材料实用封接技术（第3版）》以其全面、深入、实用的内容，为从事陶瓷-金属材料研发、生产和应用的技术人员提供了宝贵的参考。本书不仅系统地介绍了成熟可靠的封接技术，更前瞻性地展望了行业未来的发展方向，是推动陶瓷-金属材料应用深度与广度的重要基石。通过掌握书中阐述的原理、技术和策略，读者将能够更有效地应对复杂多变的封接挑战，创造出更多高性能、高可靠性的先进产品。