第二章 文獻回顧
第四節 硬銲簡介
在硬銲製程中，受到了金屬、填充金屬、外界氣氛及助熔劑(Flux )之間表面
在爐內進行硬銲接合時，在尚未達到接合溫度時，通常會有一段持溫的 時間，此段持溫室確保爐內溫度達到均勻分佈，使得接合時的溫度更接近工 件銲 接時所需溫度。當我們設定此段硬銲持溫溫度，必須考慮填料與母材的 共晶溫度。如果溫度高於填料及母材共晶點溫度，則由於共晶點的溫度低於 銲 接溫度，在尚未到達接合溫度時，易發生母材內的元素先行溶入填料，使 得填料來不及藉由毛細作用對母材發生反應，就已經發生接合作用，因此得 不到我們需的機械性質。
硬銲時間及溫度的關係是密不可分的，銲 接時間增長母材及填料反應時 間增常可增加填料潤濕性及流動性，銲 接時間縮短則反之，通常考慮硬銲溫 度時，時間亦須考慮進去，才為一個良好的銲 接製程。
二、接合的設計及間隙
硬銲接合的產品並非為一均勻對稱的組件，不同材料結構的組合及有不 同的物理、化學性質。通常考慮的是填料對母材的擴散性、原子鍵結、界面 的反應。
母材間的間隙是否越小越好則不一定，理論上越小的間隙則比較容易產 生毛細作用，但間隙太小的話，填料流動的範圍亦可能縮小，這將會導致接 合的強度不夠，故需取一適當值。當考慮到母材接合的間隙時，母材的熱膨 脹係數亦須考慮，當母材受熱膨脹時，母材間隙會有縮小的現象發生，表2-4 不同基材填料硬銲時理想間隙距離。
表2-4 不同硬銲填料之最佳間隙［2 1］
Brazing filler metal system Joint clearance（㎜）
Al-Si alloys（a） 0.15 to 0.61
Mg alloys 0.10 to 0.25
Cu 0.00 to 0.05
Cu-P 0.03 to 0.13
Cu-Zn 0.05 to 0.13
Ag alloys 0.05 to 0.13
Au alloys 0.03 to 0.13
Ni-P alloys 0.00 to 0.03
Ni-Cr alloys（b） 0.03 to 0.61
Pd alloys 0.03 to 0.10
Note(a)If joint length is less than 6 mm, gap is 0.12 to 0.75 mm. If joint length exceeds 6 mm, gap is 0.25to 0.60 mm. (b) Many different nickel brazing filler metals are available, and joint gap requirements may vary greatly from one filler metal to another.
三、填料流動性及填料的特性
去除母材表面氧化層，主要方法有四種:
（一）使用強酸清洗去除母材的氧化層，但如果母材本身活性太大，會使得氧 化層生長速率太快則不太適用。
（二）用助銲劑(Flux):是一種較常被使用的方法，在填料中添加易與氧發生 反應之元素，藉此元素與氧反應破壞氧化層而達到接合目的。
（三）使用還原性氣體:於爐式硬銲(Furnace brazing)通入氫氣或是一氧化碳 等還原性氣體保護工件，以避免氧化。還原性氣體反應式如下所示:
H2+MO＝H2O+M
CO+MO＝CO2+M M為金屬元素 增加氫氣減少水分，或是增加CO/CO2比例，有助氧化物的去除。
（四）空或惰性氣體環境下進行銲接:對部分合金而言，由於在真空及惰性氣 體氣氛下含氧量極為稀少，在高真空及高純度的惰性氣體中加熱至高 溫，便會產生某種程度的還原作用。其原因金屬氧化物於低氣壓下，在 某個溫度環境下會如下式一般分解開來。
2MO＝2M+2O, 2O＝O2
此現象一般成為解離現象，我們可以由圖2-10 得知氧化物及相關壓 力，此時的氧氣分壓稱為解離壓。在產生解離現象的溫度下，若氧的分 壓比解離壓大時，會產生金屬氧化物，反應向左，若氧分壓比解離壓小 時，反應向右，氧被解離出。被解離出來的氧可藉由真空泵浦排出，表 面原來氧化的金屬也由於受到還原而可以得到較佳的金屬表面，也有助 於硬銲接合的效果。
圖2-10 各元素在H2還原性氣氛下溫度與解離壓之關係圖［2 2］ 五、蒸發現象
一般真空硬銲的真空度為10-3～10-6Torr的範圍［18］，但隨著被硬銲材料蒸氣壓 及材料的成分的不同而變化。圖2-11 為各元素的溫度與蒸氣壓的關係，從圖中得 知當母材或填料中含有蒸氣壓高的元素如:Zn、Cd、Mg等元素，在高真空處理時 將會產生蒸發及擴散現象，將有損於母材及填料特性。而所蒸發的元素會附著在 爐內的耐火材料上面而嚴重損害設備。
圖2-11 各元素的溫度與蒸氣壓的關係圖［2 2］ 六、熱膨脹係數
由文獻得知［23-25］，當材料接合對接時，材料的膨脹係數大小會影響接合位置 的準確性，不同熱膨脹係數的材料接合，會因為冷卻或加溫時張力變化使得接合 的工件變形，對於需要準確精度的銲接工件，銲接後工件尺寸會有相當程度的影 響，故在硬銲接合時熱膨脹係數也是重要的影響參數之一。