Вторым наиболее распространенным методом получения соединений металла с керамикой является метод активной пайки или «одноступенчатый метод». Сущность его заключается в использовании титана и циркония в качестве активных составляющих металлического припоя. Титан и цирконий способствуют растеканию припоя по поверхности керамики. Можно выделить три наиболее характерные разновидности этого метода:
1) пайку керамики непосредственно с титаном или цирконием, при этом активные компоненты переходят в припой в результате растворения металлических манжет, соединяемых с керамикой;
2) пайку керамики с предварительным нанесением на место соединения порошка активного металла или его гидрида;
3) пайку керамики с применением активных припоев, т. е. припоев, содержащих титан или цирконий.
Основным достоинством одноступенчатого метода является его простота, так как не требуется предварительная металлизация керамики.
Однако метод активной пайки имеет недостатки. Процесс пайки необходимо проводить либо в вакууме 10-5 мм рт. ст., либо в среде инертного газа, не содержащего кислород и пары воды (кислорода не более 0,0001% по объему, точка росы не выше -70°С).
Температурные коэффициенты линейного расширения керамики и металла должны быть близкими во всем диапазоне температур. Несмотря на кажущееся разнообразие способов активной пайки, в основе протекающих процессов лежит взаимодействие активного металла с окислами керамики, при этом титан (цирконий), являясь межфазно-активной добавкой, растворяясь в припое, обеспечивает растекание активного сплава по поверхности неметаллизированной керамики.
Титан образует эвтектические сплавы почти со всеми металлами. Поэтому при пайке по активной технологии во всех случаях образуются высокоактивные сплавы, взаимодействующие с неметаллизированной керамикой и обеспечивающие прочное соединение металла с диэлектриком.
Химическая природа протекающих при этом процессов заключается в следующем. Активные металлы при контакте с керамическими окислами в условиях вакуума и повышенных температур частично их восстанавливают с образованием в пограничной зоне сложных растворов внедрения и замещения. Взаимодействия чистых окислов А1203 и Si02 с титаном показано, что А1203, частично восстанавливаясь при 950°С, отдает кристаллической решетке титана кислород с образованием твердого раствора внедрения.
В свою очередь, алюминий, освободившийся при восстановлении А1203, также растворяется в титане, но с образованием твердого раствора замещения.
При взаимодействии Si02 с титаном образуется твердый раствор кислорода в тагане и появляются интерметаллические соединения титана с кремнием, так как последний не дает твердых растворов с титаном.
Указанные процессы являются определяющими в механизме образования металлокерамических соединений по активной технологии, а припой облегчает перенос активного металла к керамике и, кроме того, заполняет зазоры между керамикой и металлом. При выборе припоев и режимов пайки следует учитывать возможность возникновения хрупких интерметаллических соединений между припоем и титаном, которые снижают надежность соединения.
Влияние состава припоя на прочность соединений керамики 22-хс с титаном ВТ1 подтвердили возникновение интерметаллических прослоек в шве.