陶瓷-金属封接结构的设计原则

(1)线膨胀系数匹配原则

    陶瓷金属封接中的金属件和陶瓷件的线膨胀系数应力求一致或接近，在室温至焊接温度的整个区域中，相差应在7%~10%范围内，例如4J34和95%Al₂O₃瓷。

(2)低弹性模量、低屈服极限原则

    在非匹配封接中，由于热膨胀相差较大，应选择具有低弹性模量、低屈服极限的金属材料作为零件，例如无氧铜。

(3)热导率接近原则

    在选择配偶材料时，除热膨胀应匹配外，两者的热导率较近，对减小封接件的热应力是有利的。

(4)压应力原则

    由于陶瓷的抗张强度大约是抗压强度的1/10，因而，在设计封接件时，应尽可能使瓷件受压应力。例如，对于高强度、高线膨胀系数的不锈钢应采用外套封结构。

(5)减小应力原则

    在保证封接件强度足够的前提下，封接面上的金属厚度应尽可能减薄，以释放部分应力。例如，通常封接面上的金属厚度为0.5~1.0mm。另外，管状的细管比实心的针好。

(6)避免应力集中原则

    应力集中在封接件中是十分有害的，往往造成可靠性差，甚至是灾难性的后果。例如，输出窗封接件应尽可能采用圆形窗，避免应用矩形或方形窗。

(7)过渡封接原则

    封接过程中，特别是针封结构过程中，应尽可能采用过渡封接，降低应力。例如，Mo、可伐针φ≥lmm时，不应采用实心针直接封接，而应采用过渡封接。

(8)刀口封接原则

    刀口封接在最近被大量采用，主要原因是：零件加工简单、成本降低；零件配合、装夹方便，易于规模化生产；封接应力小，有利于产品的质量和可靠性提高。在结构条件允许的条件下，应尽可能采用刀口封接。例如，大直径瓷环与不锈钢圆筒的封接。

(9)挠性结构原则

    除了上述在金属零件上减小厚度可以减小应力外，采取挠性结构也可以达到同样的目的，因而在设计时应尽可能拉长封口间的距离、减小焊料量，焊接时不能形成实体或“死疙瘩”。

(10)焊料优选原则

    在选择焊料时，应尽量采用塑性好并在焊接时不与母材形成脆性化合物的材料，在形状上，以采用丝状为宜。据报道，在相同条件下，丝状焊料比片状的封接强度高20%~35%，尽量选用焊接温度低的焊料。

（慧朴科技，huiputech）