陶瓷金属化技术的应用：陶瓷金属密封的技术方法
在工业加工生产中，刀具刀片与刀杆的连接方式有两种：焊接式和机夹式。刀片与刀轴的连接方式直接影响刀具的使用寿命。宋立秋等人通过实验研究表明，采用焊接连接刀片与刀轴时，刀具耐久性较高；而采用夹式连接时，刀具耐久性较低。由于Ti(C,n)基陶瓷是脆性材料，其熔点高于金属，且线膨胀系数与金属差异较大，导致Ti(C,n)基陶瓷刀片与刀杆焊接接头处残余应力较高，且与金属的相容性较差，使得金属陶瓷与金属的焊接性能较差，难以通过常规焊接方法和工艺获得满意的焊接接头。目前，钎焊和扩散焊已成功应用于金属陶瓷与金属的连接。随着研究的深入，许多新的方法和工艺也应运而生。下面介绍适用于金属陶瓷和金属焊接的各种技术方法，并指出它们的优点、缺点和研究方向。
1. 熔合密封
熔焊是应用最广泛的焊接方法。该方法利用特定的热源将连接部分局部熔化成液态，然后冷却结晶融合。焊接热源包括电弧、激光束和电子束。目前，Ti(C,n)基陶瓷熔焊存在两个主要问题亟待解决：一是随着熔化温度的升高，其流动性降低，这可能促进基体与增强相之间发生化学反应（界面反应），从而降低焊缝强度；二是缺乏专门开发的金属陶瓷熔焊填充材料。
1）电弧密封
电弧焊是熔焊中最广泛使用的焊接方法。该实用新型具有应用灵活、方便、适用性强、设备简单等优点。然而，该方法在焊接陶瓷和金属时，极易引起基体与增强相之间的化学反应（界面反应）。由于Ti(C,n)基金属陶瓷具有导电性且可直接焊接，因此对Ti(C,n)基金属陶瓷与金属的电弧焊实验研究表明，该方法是可行的，但仍存在界面反应、焊接缺陷（裂纹）以及焊缝强度低等问题需要解决。
2）激光密封
激光焊接是焊接特殊及难焊材料的重要焊接方法。由于激光束能量密度高，激光焊接具有熔化深度大、熔化宽度小、焊接热影响区小等特点，能够降低焊缝残余应力和焊后变形。它能够在高温下制造稳定的连接接头，并精确控制产品的焊接质量。激光焊接技术已成功应用于真空烧结粉末冶金材料。据报道，米特维达激光应用中心开发了一种双激光束焊接方法。该方法采用两束激光器，一束用于工件预热，另一束用于焊接。这种双激光束焊接方法能够在不降低原材料强度和高温性能的前提下，实现各种几何形状的连接，且焊接时间仅需几分钟。该方法能够有效防止焊接过程中热影响区裂纹的产生，适用于Ti(C,n)基陶瓷和金属的焊接。然而，它对工装、夹具、匹配精度和焊接前准备有很高的要求，设备投资昂贵，运营成本高，因此有必要进一步提高工艺的重复性和可靠性。
3）电子束密封
电子束密封是一种利用高能量密度电子束轰击焊件，使其局部加热熔化的密封方法。真空电子束焊接是一种高效的金属陶瓷和金属焊接方法。它具有诸多优势，例如在真空条件下可以避免空气中氧气和氮气的污染；聚焦后，电子束可以形成直径极小的光束，最小可达Φ，范围在0.1~1.0mm，功率密度可提高到10⁷~10⁹W/cm²。因此，电子束焊接具有加热面积小、焊缝宽度小、熔深大、焊接热影响区小的优点。然而，该方法的缺点是设备复杂、对焊接工艺要求严格、生产成本高。目前，电子束焊接技术在Ti(C,n)基陶瓷和金属焊接中仍处于实验阶段。
2 钎焊
钎焊是一种将材料加热到适当温度，并使用焊料将材料连接起来的焊接方法。钎焊方法通常按热源或加热方式进行分类。目前，具有工业应用价值的钎焊方法包括：（1）火焰钎焊；（2）炉内钎焊；（3）感应钎焊；（4）电阻钎焊；（5）浸焊；（6）红外钎焊。钎焊是钛（C，n）基陶瓷与金属连接的主要焊接方法。钎焊接头的质量主要取决于焊料和钎焊工艺的选择。李先芬等人分别以铜基和银基焊料对钛（C，n）基陶瓷和45号钢进行了火焰钎焊试验，并进行了氩气保护炉钎焊试验。在火焰钎焊条件下，以H62为焊料的接头平均剪切强度为37 MPa，以bag10cuzn为焊料的接头平均剪切强度为114 MPa，以bcuznmn为焊料的接头平均剪切强度为49 MPa；在氩弧焊条件下，以H62为焊料的接头平均剪切强度为37 MPa，以ag72cu28为焊料的接头平均剪切强度为51 MPa。通过观察和分析钎焊接头的结合和剪切试验结果表明，Ti(C,n)基陶瓷具有良好的钎焊性能。然而，由于接头界面处金属陶瓷内部存在残余应力，导致金属陶瓷在剪切试验中发生断裂，使得钎焊接头的剪切强度不高。张丽霞等人利用agcuzn焊料实现了Ti(C,n)基金属陶瓷与铸铁之间的钎焊连接。近年来，采用非晶态技术成功开发出新型含钛合金体系，例如CuTi和NiTi合金。这些合金可直接用于陶瓷和金属的钎焊。其接头的工作温度远高于银铜焊料钎焊。目前，金属陶瓷钎焊亟需解决如何降低或消除界面处金属陶瓷的残余应力，从而提高接头强度。
3. 压力密封
在压力焊接过程中，母材通常不会熔化，焊接温度低于金属的熔点。即使有些母材被加热到熔化状态，接头仍然通过固相结合形成。因此，可以降低高温对母材的有害影响，并提高金属陶瓷与金属的焊接质量。
