第1章 绪论

1.1 引言

制造业是强国之基、立国之本。钎焊是制造业中材料连接的重要方法之一，是一种古老的金属连接工艺。人类几千年前已利用钎焊方法连接金属，5000年前，古埃及人采用银铜、金铜钎料连接，成功制作出钎焊管和护符盒。我国在春秋时期已经开始应用钎焊连接结构复杂的青铜器，秦代的铜车马堪称铸锻焊的精品。《汉书》中记载“胡桐泪盲似眼泪也，可以汗金银也，今工匠皆用之”，表明当时已广泛使用胡桐泪作为钎剂，该书是我国最早有关钎焊连接的文献记载。明代《天工开物》中记载“中华小钎用白铜末，大钎则竭力挥锤而强合之，历岁弥久，终不可坚”，小钎即以铜镍合金为钎料的钎焊。明代《物理小识》中记载“焊药以硼砂合铜为之，若以胡桐汁合银，坚如石。今玉石刀柄之类焊药，加银一分其中，则永不脱。试以圆盆口点焊药于其一隅，其药自走，周而环之，亦一奇也”，该书指出钎焊铜时应采用硼砂钎剂，而钎焊银时应使用胡桐树脂钎剂，并详细描述了钎料的填缝行为。因此，钎焊是人类最早使用的材料连接方法之一。

近几十年来，特别是第二次世界大战后，随着航空航天、汽车制造等现代工业的发展，钎焊技术得到快速发展。无论在钎焊方法还是钎料成分方面都不断有新的改进，相继解决了铝合金、钛合金、不锈钢、耐热钢、超合金、金属陶瓷、硬质合金、复合材料，以及非金属材料的连接难题，使得钎焊技术在航空航天、汽车制造、高速列车、家用电器等领域得到广泛应用（见图1－1）。

钎焊是材料连接的重要方法之一，在钎焊过程中，依靠熔化的钎料或依靠母材连接面与钎料之间的扩散而形成的液相，在毛细作用下填充母材之间的间隙，并且母材与钎料发生相互作用，冷却凝固后形成冶金结合。

图1-1 钎焊技术的应用领域

钎料作为钎焊时的填充材料，是指在加热温度低于母材熔点时熔化并填充母材间隙的金属或合金。钎料的性能在很大程度上决定钎焊接头的质量和性能，因此，钎料的研究是发展钎焊技术的重要课题。根据钎料熔化温度不同，钎料可分为硬钎料（熔化温度高于450℃）和软钎料（熔化温度低于450℃）两大类。软钎料主要是以锡、铅、锌、镉、铋、铟等金属为基的合金，主要用于微电子、电子封装等领域。硬钎料主要包括铝基、银基、铜基、镍基、锰基等5类钎料，主要用于高温环境下工作和高强度要求构件的连接。

银基钎料作为目前应用最广泛的一类硬钎料，熔化温度适中、润湿性佳、填缝能力优异，具有良好的连接强度、韧性和导电性，在制冷、家电、超硬工具等领域得到了广泛的应用。GB/T 10046—2018《银钎料》对银基钎料的化学成分、熔化温度、形态进行了规范。

银基钎料的主要合金元素是Cu、Zn，为降低钎料成本并满足不同工艺需求，通常还加入Sn、Cd等元素。特别是含CdAg基钎料，与无CdAg基钎料相比，具有更低的固－液相线温度、良好的力学性能及耐蚀性，但Cd是有毒元素，对人类具有巨大危害性。而AgCuZnSn钎料，通过熔炼合金化方法添加Sn，然后进行轧制或挤压、拉拔，生产制造的钎料有BAg25CuZnSn、BAg30CuZnSn、BAg34CuZnSn、BAg38CuZnSn、BAg40CuZnSn、BAg45CuZnSn、BAg55CuZnSn、BAg56CuZnSn、BAg60CuZnSn等，且无毒无害，符合RoHS（《关于限制在电子电气设备中使用某些有害成分的指令》）和WEEE（报废的电子电气设备）指令的要求。但上述方法生产的AgCuZnSn钎料中Sn的质量分数存在极限（质量分数为5.5%），否则钎料难以加工，影响AgCuZnSn的应用。如何生产制造Sn含量高、熔化温度低、润湿性佳的银基钎料，是困扰国内外钎焊学术界和产业界的难题之一。