第1章 緒論

1.1 引言

制造業(yè)是強國之基、立國之本。釬焊是制造業(yè)中材料連接的重要方法之一，是一種古老的金屬連接工藝。人類幾千年前已利用釬焊方法連接金屬，5000年前，古埃及人采用銀銅、金銅釬料連接，成功制作出釬焊管和護(hù)符盒。我國在春秋時期已經(jīng)開始應(yīng)用釬焊連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜的青銅器，秦代的銅車馬堪稱鑄鍛焊的精品。《漢書》中記載“胡桐淚盲似眼淚也，可以汗金銀也，今工匠皆用之”，表明當(dāng)時已廣泛使用胡桐淚作為釬劑，該書是我國最早有關(guān)釬焊連接的文獻(xiàn)記載。明代《天工開物》中記載“中華小釬用白銅末，大釬則竭力揮錘而強合之，歷歲彌久，終不可堅”，小釬即以銅鎳合金為釬料的釬焊。明代《物理小識》中記載“焊藥以硼砂合銅為之，若以胡桐汁合銀，堅如石。今玉石刀柄之類焊藥，加銀一分其中，則永不脫。試以圓盆口點焊藥于其一隅，其藥自走，周而環(huán)之，亦一奇也”，該書指出釬焊銅時應(yīng)采用硼砂釬劑，而釬焊銀時應(yīng)使用胡桐樹脂釬劑，并詳細(xì)描述了釬料的填縫行為。因此，釬焊是人類最早使用的材料連接方法之一。

近幾十年來，特別是第二次世界大戰(zhàn)后，隨著航空航天、汽車制造等現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，釬焊技術(shù)得到快速發(fā)展。無論在釬焊方法還是釬料成分方面都不斷有新的改進(jìn)，相繼解決了鋁合金、鈦合金、不銹鋼、耐熱鋼、超合金、金屬陶瓷、硬質(zhì)合金、復(fù)合材料，以及非金屬材料的連接難題，使得釬焊技術(shù)在航空航天、汽車制造、高速列車、家用電器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用（見圖1－1）。

釬焊是材料連接的重要方法之一，在釬焊過程中，依靠熔化的釬料或依靠母材連接面與釬料之間的擴散而形成的液相，在毛細(xì)作用下填充母材之間的間隙，并且母材與釬料發(fā)生相互作用，冷卻凝固后形成冶金結(jié)合。

圖1-1 釬焊技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

釬料作為釬焊時的填充材料，是指在加熱溫度低于母材熔點時熔化并填充母材間隙的金屬或合金。釬料的性能在很大程度上決定釬焊接頭的質(zhì)量和性能，因此，釬料的研究是發(fā)展釬焊技術(shù)的重要課題。根據(jù)釬料熔化溫度不同，釬料可分為硬釬料（熔化溫度高于450℃）和軟釬料（熔化溫度低于450℃）兩大類。軟釬料主要是以錫、鉛、鋅、鎘、鉍、銦等金屬為基的合金，主要用于微電子、電子封裝等領(lǐng)域。硬釬料主要包括鋁基、銀基、銅基、鎳基、錳基等5類釬料，主要用于高溫環(huán)境下工作和高強度要求構(gòu)件的連接。

銀基釬料作為目前應(yīng)用最廣泛的一類硬釬料，熔化溫度適中、潤濕性佳、填縫能力優(yōu)異，具有良好的連接強度、韌性和導(dǎo)電性，在制冷、家電、超硬工具等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。GB/T 10046—2018《銀釬料》對銀基釬料的化學(xué)成分、熔化溫度、形態(tài)進(jìn)行了規(guī)范。

銀基釬料的主要合金元素是Cu、Zn，為降低釬料成本并滿足不同工藝需求，通常還加入Sn、Cd等元素。特別是含CdAg基釬料，與無CdAg基釬料相比，具有更低的固－液相線溫度、良好的力學(xué)性能及耐蝕性，但Cd是有毒元素，對人類具有巨大危害性。而AgCuZnSn釬料，通過熔煉合金化方法添加Sn，然后進(jìn)行軋制或擠壓、拉拔，生產(chǎn)制造的釬料有BAg25CuZnSn、BAg30CuZnSn、BAg34CuZnSn、BAg38CuZnSn、BAg40CuZnSn、BAg45CuZnSn、BAg55CuZnSn、BAg56CuZnSn、BAg60CuZnSn等，且無毒無害，符合RoHS（《關(guān)于限制在電子電氣設(shè)備中使用某些有害成分的指令》）和WEEE（報廢的電子電氣設(shè)備）指令的要求。但上述方法生產(chǎn)的AgCuZnSn釬料中Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在極限（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.5%），否則釬料難以加工，影響AgCuZnSn的應(yīng)用。如何生產(chǎn)制造Sn含量高、熔化溫度低、潤濕性佳的銀基釬料，是困擾國內(nèi)外釬焊學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的難題之一。