金属材料与无机非金属材料的研究概述

金属材料与无机非金属材料的研究概述

曾伟宏

441381198105285617 广东省 深圳市 518000

摘要：虽然无机非金属材料因其优点而被广泛应用于各个行业，但无机非金属材料也存在许多缺点。例如，非金属无机材料在塑性韧性方面性能较差，因此在制造和使用非金属无机材料时，其操作极其困难，只能创建简单的结构。另外，无机非金属材料的冷加工性能较差，因此其具体应用往往受到多种因素的干扰和限制。与无机非金属材料相比，金属材料具有更好的韧性和强度，并且具有更好的材料加工性能，可以弥补无机非金属材料的缺点，所以在行业中，无机非金属材料我们开始注重材料的有效连接。将金属材料与无机非金属材料相结合，不断扩大材料连接的应用范围。

关键词：无机非金属材料；金属材料；连接

介绍

  可想而知，研究金属与非金属无机材料之间的联系时遇到的困难和问题。主要有两个困难和挑战需要克服，材料的物理和化学性质不兼容的问题也受到此过程中连接的热应力的限制。其中玻璃和陶瓷是日常生活中经常使用的无机非金属材料，陶瓷是绝缘体，但在与玻璃连接的过程中，玻璃材料易于加工，透光性好，玻璃和陶瓷可以连接的。它可以在真空中变形为各种形状，提供最佳的实用效果。金属材料与无机非金属材料之间还有很多其他连接，如陶瓷与金属材料之间的活性钎焊、玻璃与金属材料之间的密封等。

一、非金属无机材料的特性及应用

    金属材料、有机高分子材料等无机和非金属材料是现代完整材料体系的重要组成部分。就晶体结构而言，无机非金属的晶体结构比金属复杂得多，并且不存在自由电子。无机非金属材料具有比金属键或纯共价键更强的离子键和混合键。由于这种化学键固有的高键能，此类材料具有广泛的导电性、隔热性、轻质性等。透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。非金属无机材料根据用途不同，种类和名称也很多，尚无统一、完整的分类方法。这些通常分为两类：常规（传统）和先进（新型）无机非金属材料。

二、玻璃和金属密封

  在研究金属和玻璃密封时，有关人员主要面临两大问题。它们是热应力和物理化学不相容性。大家知道，玻璃是我们日常生活中最熟悉的非金属材料，其主要成分是氧化铝和二氧化硅，具有共价键结构。我们所熟悉的金属主要以电子元件的形式存在。因此，熔融玻璃材料无法润湿并铺展到金属表面上，从而形成有效的玻璃与金属密封。另外，玻璃和普通金属的热膨胀系数不同，因此即使可以进行湿式连接，在冷却过程中也不可避免地会产生很大的应力，玻璃可能会破裂。
  在电真空行业中，金属表面预氧化是最常用的金属表面改性方法。首先，金属表面在有氧条件下加热，形成金属氧化膜，这层金属氧化膜完成与熔融玻璃的密封，消除了金属与玻璃之间的物理和化学不相容性，有效解决问题。此外，工作人员通过研究热膨胀系统接近金属与玻璃的方法，有效解决了玻璃与金属的密封应力问题。例如，Fe-Co-Ni膨胀合金和封装玻璃是目前用于玻璃-金属封装的常见金属材料。
    尝试使用MnO2等金属氧化物对DM-308电子玻璃进行相应的改性。这使得玻璃的弯曲强度提高了7%，有效提高了玻璃与可伐合金之间的密封强度。此外，密封面的剪切强度显着提高至15.6%。通过大量的实际研究和分析，结果表明金属氧化物的添加有利于增强玻璃中金融元素的扩散能力。

三、陶瓷和金属密封件

  陶瓷-金属密封件与玻璃-金属密封件类似。两种材料之间还存在热应力问题以及物理和化学不相容性。陶瓷-金属封接工艺的原理与玻璃-金属封接的原理类似，主要是陶瓷表面烧结形成金属化层，实现与金属表面的润湿和铺展。热应力松弛依赖于金属化层和填充金属的变形和缓冲。
  烧结金属粉末法，例如活性钼锰法，是密封陶瓷和金属最常用的方法。该连接工艺还包括陶瓷加工、浆料粉末制备、二次金属化等相关工艺。陶瓷表面金属化层的质量决定了陶瓷与金属密封接头的状况。目前正在研究该方法，以有效提高表面金属化强度和金属化层强度的表征。

四、陶瓷-金属活性钎焊

  陶瓷-金属活性钎焊工艺主要采用钎焊法。主要原理是通过在钎料中添加Ti、Zr等活性成分来提高钎料的耐磨性。硅酸盐、氧化物等材料的亲和力使得焊料能够顺利地润湿并铺展在陶瓷表面，实现两者之间的钎焊结合。事实上，焊料对金属的强润湿性能虽然已被证明具有，但存在关于这一点的详细研究还比较少。
  陶瓷与金属的活性钎焊与陶瓷与金属的密封相比，需要相对较低的密封温度，工艺相对简单，完成周期短，并且消除了过程中零件的变形，几乎没有。多年来，行业参与者一直对陶瓷金属连接研究感兴趣。

五、陶瓷金属过渡液相扩散焊

    陶瓷和金属的活性钎焊工艺可以有效地将它们连接起来，但主要原因是活性钎焊接头的温度相对较低，在高温和高应力下接头将很难快速适应环境。随着钎焊温度的升高，热应力必须继续增加，但陶瓷和金属过渡液可以帮助操作员快速解决这些问题。
  复合中间层通常用作陶瓷-金属过渡液相扩散焊中的中间层，将低熔点金属或合金沉积在高熔点芯层上。当低熔点的薄层达到熔点时，它进一步扩散到高熔点材料中并同时发生反应，导致液相逐渐消失，高熔点芯材的物理性能决定了合金或中间层的性能。

六、用途

  建筑工程中用于抑制室内热量泄漏的材料称为保温材料，用于防止室内热量泄漏的材料称为保温材料。绝缘质量主要取决于材料的导电性能，材料的导电性能越差，其绝缘性能越好，反之亦然。现代社会的绝缘材料大致分为三类：有机绝缘材料、无机绝缘材料、金属。与无机保温材料相比，有机保温材料与其他组分结合不好，耐腐蚀性低，浪费合成能源且不稳定，而且还会产生过多的副产物，其中大部分是有机保温材料，有很多限制，例如：它由于对人体有害、使用困难、介质承载能力弱、耐火性低、易老化、耐候性低等而具有诸多局限性。相对而言，金属绝缘材料的应用不如无机非金属材料广泛。这是因为金属材料的供应来源比无机材料窄得多，与其他材料的结合性不如无机非金属材料，耐腐蚀性也较低。虽然不是很强，但在雷电多发地区，它们需要严格的技术和设计要求。

七、结论

    也就是说，金属材料和非金属无机材料的物理、化学性能是不相容的，而且还受到材料热应力的限制。首先对玻璃进行预氧化，促进金属与玻璃材料的结合，从而不断提高金属材料的润湿性。然后，利用Kvoir合金不断降低无机非金属和金属材料的热膨胀体系，从而解决热膨胀问题。他们之间的压力、问题。其次，在连接金属材料和陶瓷材料时，工人必须对陶瓷进行两次加工，经过涂浆、烧结、电镀等一系列步骤，在陶瓷表面形成金属化层，往往才能有效地连接两者，钎焊将顺利进行。第三，在陶瓷和金属的活性钎焊过程中，需要辅助活性元素，这简化了工艺。第四，陶瓷与金属之间的过渡液相扩散焊工艺需要增加中间层，影响钎焊应力的有效降低，因此需要更高的结合性能和高温要求。因此，在非金属无机材料与金属材料的连接过程中，不同的连接方法各有优缺点。因此，在具体的工业生产活动和科学研究中，需要根据实际情况选择最佳的连接方法。

参考文献：

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