高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法
【专利摘要】高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法，它涉及高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的硬钎焊方法。本发明是要解决现有高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料自身连接或与可伐合金焊接必须在母材固相线以下的低温下进行，且在钎焊过程中需要镀覆金属层的问题。方法：一、水洗碳化硅颗粒增强铝基复合材料和可伐合金；二、酸洗、碱洗碳化硅颗粒增强铝基复合材料；三、固定钎料、碳化硅颗粒增强铝基复合材料和可伐合金；四、进行焊接。本发明用于用于高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料自身连接或复合材料与可伐合金的钎焊。
【专利说明】高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的硬钎焊方法。
【背景技术】
[0002]随着我国航空航天工业及信息产业的高速发展，在航空、航天和军事领域用途广泛的微波电路、微电子器件、半导体集成电路向着集成度高、功率大、重量轻、体积小、性能强和可靠性高的方向发展，这就要求芯片集成度越来越高，芯片的尺寸和功率越来越大，散热要求越来越严格，随之，对芯片的载体-封装材料及其封装技术提出更为苛刻的要求。
[0003]单一的金属、陶瓷等已经越来越难以满足芯片对封装壳体的要求，尤其是传统的封装材料可伐合金(Fe-Co-Ni )等由于比重大、导热性差等原因严重制约了它们在航空航天飞行器电子系统中的推广使用。迫切需要一种集低膨胀、高导热、轻质三大特性于一身的新型电子封装材料，近十几年来问世的高体积分数碳化硅颗粒/铝基复合材料就是为了满足这种要求应运而生的一种新型结构材料。然而，由于该种材料的陶瓷增强相SiC颗粒的体积百分比较大，且与基体的物理化学性能有很大差异，导致材料的焊接性很差，成为电子行业中推广应用该种新型封装材料的瓶颈难题。同时，在航空航天等领域，完全用高体积分数碳化硅颗粒/铝基(SiCp/Al)复合材料替代传统的可伐合金还面临工艺与设备等许多条件限制，复合材料与可伐合金的连接是电子封装生产中遇到的新问题。
[0004]由于接头形式以及异种材料焊接的要求，通常的熔化焊方法难以实现有效连接，目前复合材料与可伐合金的连接主要采用钎焊方法。在材料与焊接界，国际上公认的“钎焊”的定义是:采用比母材熔点低的钎料，在低于母材固相线而高于钎料液相线的温度下，通过熔化的钎料将母材连接在一起的焊接技术。熔化的钎料在母材间隙中或表面上润湿、毛细流动、填充、铺展、与母材相互作用(溶解、扩散或产生金属间化合物)，凝固后形成牢固的焊接接头。对于铝基复合材料而言，陶瓷增强相与钎料在物理和化学性能上的极大差异，严重阻碍了钎料在母材上的润湿和铺展，从而不会在母材表面发生冶金或者化学反应，高质量的接头就难以获得，为此不得不在复合材料表面镀覆一层金属层，以改善钎料的润湿性。
【发明内容】
[0005]本发明是要解决现有高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料自身连接或与可伐合金焊接必须在母材固相线以下的低温下进行，且在钎焊过程中需要镀覆金属层的问题，而提供高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法。
[0006]本发明高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法是按以下步骤进行的:
[0007]一、将碳化硅颗粒增强铝基复合材料在室温条件下，在丙酮中超声处理IOmin?15min，用蒸馏水水洗3?5次后吹干，再用砂纸对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理IOmin?15min，然后用蒸馏水水洗3?5次后吹干，即得到处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料；
[0008]二、将可伐合金在室温条件下，在丙酮中超声处理IOmin?15min，用蒸馏水水洗3?5次后吹干，再用砂纸对可伐合金的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理IOmin?15min，然后用蒸馏水水洗3?5次后吹干，即得到处理后的可伐合金；
[0009]三、将步骤一处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料在浓度为7%的NaOH溶液中放置20s?30s，然后用蒸馏水水洗3?5次，再用浓度为5%的HNO3溶液进行酸洗15s?25s，最后用蒸馏水水洗3?5次后吹干，即得到清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料；
[0010]四、在处理后的可伐合金的待焊表面上设置银基钎料，然后在银基钎料上设置清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料，用石墨夹具夹好，即得到待焊件；
[0011]五、将步骤四得到的待焊件置于真空钎焊炉中，在真空度为3X10_3Pa、焊接温度为585°C的条件下保温30min，随炉冷却，即完成高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的焊接；
[0012]步骤一中所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料的基体为6063铝合金；其固相线温度为563°C，液相线温度为654°C ；
[0013]步骤四中所述银基钎料为Ag47-Cul8-1nl7-Snl7-Til合金钎料；
[0014]步骤四中所述的石墨夹具是在室温条件下，在酒精中超声处理2min?5min，然后在丙丽中超声处理2min?5min。
[0015]本发明高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法是按以下步骤进行的:
[0016]一、将碳化硅颗粒增强铝基复合材料在室温条件下，在丙酮中超声处理IOmin?15min，用蒸馏水水洗3?5次后吹干，再用砂纸对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理IOmin?15min，然后用蒸馏水水洗3?5次后吹干，即得到处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料；
[0017]二、将可伐合金在室温条件下，在丙酮中超声处理IOmin?15min，用蒸馏水水洗3?5次后吹干，再用砂纸对可伐合金的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理IOmin?15min，然后用蒸馏水水洗3?5次后吹干，即得到处理后的可伐合金；
[0018]三、将步骤一处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料在浓度为7%的NaOH溶液中放置20s?30s，然后用蒸馏水水洗3?5次，再用浓度为5%的HNO3溶液进行酸洗15s?25s，最后用蒸馏水水洗3?5次后吹干，即得到清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料；
[0019]四、在处理后的可伐合金的待焊表面上设置银基钎料，然后在银基钎料上设置清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料，用石墨夹具夹好，即得到待焊件；
[0020]五、将步骤四得到的待焊件置于真空钎焊炉中，在真空度为3X10_3Pa、焊接温度为590°C的条件下保温lOmin，随炉冷却，即完成高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的焊接；
[0021]步骤一中所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料的基体为A356铝合金；其固相线温度为577°C，液相线温度为624°C。
[0022]步骤四中所述银基钎料为Ag57.6-Cu22.4-1nlO-SnlO合金钎料；
[0023]步骤四中所述的石墨夹具是在室温条件下，在酒精中超声处理2min?5min，然后在丙丽中超声处理2min?5min。
[0024]有益效果:
[0025]1、本发明采用焊接温度高于碳化硅颗粒增强铝基复合材料固相线，位于碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液相线之间，不需要在碳化硅颗粒增强铝基复合材料表面镀覆金属层，也不需要焊接时使用钎剂，并可以获得高的接头强度。碳化硅颗粒增强铝基复合材料由于其制备工艺的特殊性，刚度大，可以在高于碳化硅颗粒增强铝基复合材料固相线的温度下保持一定的形状不变形，这样利用其矛盾的特殊性在较高的温度下施焊，不但提高了原子的扩散能力，而且碳化硅颗粒增强铝基复合材料中有一定量的液相存在，有利于钎料的润湿铺展和冶金反应的充分进行。
[0026]2、本发明采用自制银基钎料不仅提高接头质量，而且扩大了钎料对母材的适用范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为试验一焊接后焊缝的200倍扫描电镜图；
[0028]图2为试验一焊接后焊缝的500倍扫描电镜图；
[0029]图3为试验一焊接后接头背散射成像图；
[0030]图4为试验一焊接后接头扫描能谱分析图。
【具体实施方式】
[0031]【具体实施方式】一:本实施方式高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法是按以下步骤进行的:
[0032]一、将碳化硅颗粒增强铝基复合材料在室温条件下，在丙酮中超声处理IOmin?15min，用蒸馏水水洗3?5次后吹干，再用砂纸对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理IOmin?15min，然后用蒸馏水水洗3?5次后吹干，即得到处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料；
[0033]二、将可伐合金在室温条件下，在丙酮中超声处理IOmin?15min，用蒸馏水水洗3?5次后吹干，再用砂纸对可伐合金的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理IOmin?15min，然后用蒸馏水水洗3?5次后吹干，即得到处理后的可伐合金；
[0034]三、将步骤一处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料在浓度为7%的NaOH溶液中放置20s?30s，然后用蒸馏水水洗3?5次，再用浓度为5%的HNO3溶液进行酸洗15s?25s，最后用蒸馏水水洗3?5次后吹干，即得到清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料；
[0035]四、在处理后的可伐合金的待焊表面上设置银基钎料，然后在银基钎料上设置清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料，用石墨夹具夹好，即得到待焊件；
[0036]五、将步骤四得到的待焊件置于真空钎焊炉中，在真空度为3X10_3Pa、焊接温度为585°C的条件下保温30min，随炉冷却，即完成高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的焊接；
[0037]步骤一中所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料的基体为6063铝合金；其固相线温度为563°C，液相线温度为654°C ；
[0038]步骤四中所述银基钎料为Ag47-Cul8-1nl7-Snl7-Til合金钎料；[0039]步骤四中所述的石墨夹具是在室温条件下，在酒精中超声处理2min?5min，然后在丙丽中超声处理2min?5min。
[0040]本实施方式采用焊接温度高于碳化硅颗粒增强铝基复合材料固相线，位于碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液相线之间，不需要在碳化硅颗粒增强铝基复合材料表面镀覆金属层，也不需要焊接时使用钎剂，并可以获得高的接头强度。碳化硅颗粒增强铝基复合材料由于其制备工艺的特殊性，刚度大，可以在高于碳化硅颗粒增强铝基复合材料固相线的温度下保持一定的形状不变形，这样利用其矛盾的特殊性在较高的温度下施焊，不但提高了原子的扩散能力，而且碳化硅颗粒增强铝基复合材料中有一定量的液相存在，有利于钎料的润湿铺展和冶金反应的充分进行。
[0041]本实施方式采用自制银基钎料不仅提高接头质量，而且扩大了钎料对母材的适用范围。
[0042]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一在丙酮中超声处理12min，用蒸馏水水洗4次后吹干，再用砂纸对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理12min，然后用蒸馏水水洗4次后吹干，即得到处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。其他与【具体实施方式】一相同。
[0043]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:步骤二在丙酮中超声处理12min，用蒸馏水水洗4次后吹干，再用砂纸对可伐合金的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理12min，然后用蒸馏水水洗4次后吹干，即得到处理后的可伐合金。其他与【具体实施方式】一或二相同。
[0044]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三不同的是:步骤三在浓度为7%的NaOH溶液中放置25s，然后用蒸馏水水洗4次，再用浓度为5%的HNO3溶液进行酸洗20s，最后用蒸馏水水洗4次后吹干，即得到清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。其他与【具体实施方式】一至三相同。
[0045]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:步骤四中所述银基钎料的制备方法是按以下步骤进行的:
[0046]一、按质量百分数 47%Ag、18%Cu、17%In、17%Sn 和 l%Ti 称取原料；
[0047]二、将步骤一称取的47%Ag和18%Cu放在高频感应真空熔炼炉中，在真空度为IPa，熔炼温度为1350°C的条件下熔炼20min，空冷后得到Ag-Cu中间合金，将Ag-Cu中间合金分成两半，得到Ag-Cu中间合金A和Ag-Cu中间合金B,且所述的Ag-Cu中间合金A与Ag-Cu中间合金B的质量比为1:1 ;
[0048]三、在高频感应真空熔炼炉中加入步骤二得到的Ag-Cu中间合金A、步骤一称取的17%In和17%Sn，在真空度为IPa，熔炼温度为850°C的条件下熔炼lOmin，空冷后得到Ag-Cu-1n-Sn 合金；
[0049]四、在真空非自耗电弧熔炉中加入步骤二得到的Ag-Cu中间合金B和l%Ti，然后将真空腔内抽真空至绝对压力为4X10_3Pa，再充入高纯的氩气至真空腔相对压力为-0.03MPa，在熔炼温度为1750°C的条件下熔炼lOmin，空冷后得到Ag-Cu-Ti中间合金；
[0050]五、在真空非自耗电弧熔炉中加入步骤三得到的Ag-Cu-1n-Sn合金和步骤四得到的Ag-Cu-Ti中间合金，然后将真空腔内抽真空至绝对压力为4X10_3Pa，再充入高纯的氩气至真空腔相对压力为-0.03MPa，在熔炼温度为1750°C的条件下熔炼lOmin，空冷后得到混合均匀的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金球；
[0051]六、采用砂轮对混合均匀的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金球进行打磨，去掉Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金球表面的氧化层，然后用机械法将打磨后的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金球破碎成尺寸小于30mm的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金块；
[0052]七、对内径为30mm的石英试管的底部开缝，缝宽0.4臟，然后将尺寸小于30mm的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金块放入底部开缝的石英管中，得到装有Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金碎块的
石英管；
[0053]八、将装有Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金碎块的石英管放入甩带机的加热感应线圈中，然后将甩带机内腔抽真空至绝对压力为4 X 10?,再充入高纯的氩气至甩带机内腔相对压力为-0.05MPa ；
[0054]九、甩带机的加热感应线圈通电，当石英管内的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金碎块被加热到熔融状态时，打开甩带机的储气罐，以相对压力为-0.03MPa下向石英管通入氩气，利用氩气将熔融状态的钎料从石英管底部缝隙吹出，溅射到转速为30m/s的铜滚轮上，甩出厚度为50 μ m的薄带，冷却后可得到银基钎料。其他与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0055]【具体实施方式】六:本实施方式高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法是按以下步骤进行的:
[0056]一、将碳化硅颗粒增强铝基复合材料在室温条件下，在丙酮中超声处理IOmin~15min，用蒸馏水水洗3~5次后吹干，再用砂纸对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的表面进行打磨处理，最后在蒸馏 水中超声处理IOmin~15min，然后用蒸馏水水洗3~5次后吹干，即得到处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料；
[0057]二、将可伐合金在室温条件下，在丙酮中超声处理IOmin~15min,用蒸懼水水洗3~5次后吹干，再用砂纸对可伐合金的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理IOmin~15min，然后用蒸馏水水洗3~5次后吹干，即得到处理后的可伐合金；
[0058]三、将步骤一处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料在浓度为7%的NaOH溶液中放置20s~30s，然后用蒸馏水水洗3~5次，再用浓度为5%的HNO3溶液进行酸洗15s~25s，最后用蒸馏水水洗3~5次后吹干，即得到清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料；
[0059]四、在处理后的可伐合金的待焊表面上设置银基钎料，然后在银基钎料上设置清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料，用石墨夹具夹好，即得到待焊件；
[0060]五、将步骤四得到的待焊件置于真空钎焊炉中，在真空度为3X10_3Pa、焊接温度为590°C的条件下保温lOmin，随炉冷却，即完成高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的焊接；
[0061]步骤一中所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料的基体为A356铝合金；其固相线温度为577°C，液相线温度为624°C ；
[0062]步骤四中所述银基钎料为Ag57.6-Cu22.4-1nlO-SnlO合金钎料；
[0063]步骤四中所述的石墨夹具是在室温条件下，在酒精中超声处理2min~5min，然后在丙丽中超声处理2min~5min。
[0064]本实施方式采用焊接温度高于碳化硅颗粒增强铝基复合材料固相线，位于碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液相线之间，不需要在碳化硅颗粒增强铝基复合材料表面镀覆金属层，也不需要焊接时使用钎剂，并可以获得高的接头强度。碳化硅颗粒增强铝基复合材料由于其制备工艺的特殊性，刚度大，可以在高于碳化硅颗粒增强铝基复合材料固相线的温度下保持一定的形状不变形，这样利用其矛盾的特殊性在较高的温度下施焊，不但提高了原子的扩散能力，而且碳化硅颗粒增强铝基复合材料中有一定量的液相存在，有利于钎料的润湿铺展和冶金反应的充分进行。
[0065]本实施方式采用自制银基钎料不仅提高接头质量，而且扩大了钎料对母材的适用范围。
[0066]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】六不同的是:步骤一在丙酮中超声处理12min，用蒸馏水水洗4次后吹干，再用砂纸对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理12min，然后用蒸馏水水洗4次后吹干，即得到处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。其他与【具体实施方式】六相同。
[0067]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】六或七不同的是:步骤二在丙酮中超声处理12min，用蒸馏水水洗4次后吹干，再用砂纸对可伐合金的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理12min，然后用蒸馏水水洗4次后吹干，即得到处理后的可伐合金。其他与【具体实施方式】六或七相同。
[0068]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】六至八不同的是:步骤三在浓度为7%的NaOH溶液中放置25s，然后用蒸馏水水洗4次，再用浓度为5%的HNO3溶液进行酸洗20s，最后用蒸馏水水洗4次后吹干，即得到清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。其他与【具体实施方式】六至八相同。
[0069]采用下述试验验证本发明效果:
[0070]试验一:一、将碳化硅颗粒增强铝基复合材料在室温条件下，在丙酮中超声处理15min，用蒸馏水水洗4次后吹干，再用砂纸对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理15min，然后用蒸馏水水洗4次后吹干，即得到处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料；
[0071]二、将可伐合金在室温条件下，在丙酮中超声处理15min，用蒸馏水水洗4次后吹干，再用砂纸对可伐合金的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理15min，然后用蒸馏水水洗4次后吹干，即得到处理后的可伐合金；
[0072]三、将步骤一处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料在浓度为7%的NaOH溶液中放置30s,然后用蒸懼水水洗4次,再用浓度为5%的HNO3溶液进行酸洗20s,最后用蒸懼水水洗4次后吹干，即得到清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料；
[0073]四、在处理后的可伐合金的待焊表面上设置银基钎料，然后在银基钎料上设置清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料，用石墨夹具夹好，即得到待焊件；
[0074]五、将步骤四得到的待焊件置于真空钎焊炉中，在真空度为3X10_3Pa、焊接温度为585°C的条件下保温30min，随炉冷却，即完成高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的焊接；
[0075]步骤一中所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料的基体为6063铝合金；其固相线温度为563°C，液相线温度为654°C ；
[0076]步骤四中所述银基钎料为Ag47-Cul8-1nl7-Snl7-Til合金钎料；
[0077]步骤四中所述的石墨夹具是在室温条件下，在酒精中超声处理5min，然后在丙酮中超声处理5min。[0078]试验二:一、将碳化硅颗粒增强铝基复合材料在室温条件下，在丙酮中超声处理15min，用蒸馏水水洗4次后吹干，再用砂纸对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理15min，然后用蒸馏水水洗4次后吹干，即得到处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料；
[0079]二、将可伐合金在室温条件下，在丙酮中超声处理15min，用蒸馏水水洗4次后吹干，再用砂纸对可伐合金的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理15min，然后用蒸馏水水洗4次后吹干，即得到处理后的可伐合金；
[0080]三、将步骤一处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料在浓度为7%的NaOH溶液中放置30s,然后用蒸懼水水洗4次,再用浓度为5%的HNO3溶液进行酸洗25s,最后用蒸懼水水洗4次后吹干，即得到清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料；
[0081]四、在处理后的可伐合金的待焊表面上设置银基钎料，然后在银基钎料上设置清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料，用石墨夹具夹好，即得到待焊件；
[0082]五、将步骤四得到的待焊件置于真空钎焊炉中，在真空度为3X10_3Pa、焊接温度为590°C的条件下保温lOmin，随炉冷却，即完成高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的焊接；
[0083]步骤一中所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料的基体为A356铝合金；其固相线温度为577°C，液相线温度为624°C ；
[0084]步骤四中所述银基钎料为Ag57.6-Cu22.4-1nlO-SnlO合金钎料；
[0085]步骤四中所述的 石墨夹具是在室温条件下，在酒精中超声处理5min，然后在丙酮中超声处理5min。
[0086]图1为试验一焊接后焊缝的200倍扫描电镜图、图2为试验一焊接后焊缝的500倍扫描电镜图，如图1、图2所示，对焊缝的高倍金相观察表明，钎料与母材结合紧密，钎料对复合材料中裸露的SiC颗粒(黑色块状物)润湿良好，同时与铝合金基体结合良好。
[0087]图3为试验一焊接后接头背散射成像图，图4为试验一焊接后接头扫描能谱分析图；如图3、图4所示，根据背散射的原理，原子序数越高的原子越亮。图中白线部位的线扫描分布表明，焊缝中靠近可伐合金处(左侧)含有大原子序数的Fe、Co、Ni，这就说明在585°C保温30分钟的工艺下，钎料溶解了一部分的可伐合金，使得Fe、Co、Ni元素向着焊缝中扩散开来，证明了在此高温下钎料不但对复合材料而且对可伐合金的润湿性及其冶金结合反应能力都明显增强。
[0088]密封性检测结果对比:采用成分为Ag47-Cul8-1nl7-Snl7-Til合金钎料，在固相线以上温度(580°C)下焊接，焊缝漏气率为I X KTuiPa ^mVs ;在固相线以下温度(550°C )下焊接，焊缝漏气率为IX 10_6Pa.πι3Λ。采用成分为Ag57.6_Cu22.4-1nlO-SnlO银基钎料，固相线以上温度(585°C )下焊接，焊缝漏气率为I X KT9Pa.m3/s ;在固相线以下温度(540°C )下焊接，焊缝漏气率为lX10_5Pa.m3/s。
【权利要求】
1.一种高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法，其特征在于高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法是按以下步骤进行的: 一、将碳化硅颗粒增强铝基复合材料在室温条件下，在丙酮中超声处理IOmin~15min，用蒸馏水水洗3~5次后吹干，再用砂纸对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理IOmin~15min，然后用蒸馏水水洗3~5次后吹干，即得到处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料； 二、将可伐合金在室温条件下，在丙酮中超声处理IOmin~15min,用蒸懼水水洗3~5次后吹干，再用砂纸对可伐合金的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理IOmin~15min，然后用蒸馏水水洗3~5次后吹干，即得到处理后的可伐合金； 三、将步骤一处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料在浓度为7%的NaOH溶液中放置20s~30s,然后用蒸懼水水洗3~5次,再用浓度为5%的HNO3溶液进行酸洗15s~25s,最后用蒸馏水水洗3~5次后吹干，即得到清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料； 四、在处理后的可伐合金的待焊表面上设置银基钎料，然后在银基钎料上设置清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料，用石墨夹具夹好，即得到待焊件； 五、将步骤四得到的待焊件置于真空钎焊炉中，在真空度为3X10_3Pa、焊接温度为585°C的条件下保温30min，随炉冷却，即完成高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的焊接； 步骤一中所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料的基体为6063铝合金；其固相线温度为563°C，液相线温度为654°C ； 步骤四中所述银基钎料为Ag47-Cul8-1nl7-Snl7-Til合金钎料； 步骤四中所述的石墨夹具是在室温条件下，在酒精中超声处理2min~5min，然后在丙丽中超声处理2min~5min。
2.根据权利要求1所述的一种高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法，其特征在于步骤一在丙酮中超声处理12min，用蒸馏水水洗4次后吹干，再用砂纸对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理12min，然后用蒸馏水水洗4次后吹干，即得到处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法，其特征在于步骤二在丙酮中超声处理12min，用蒸馏水水洗4次后吹干，再用砂纸对可伐合金的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理12min，然后用蒸馏水水洗4次后吹干，即得到处理后的可伐合金。
4.根据权利要求1所述的一种高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法，其特征在于步骤三在浓度为7%的NaOH溶液中放置25s，然后用蒸馏水水洗4次，再用浓度为5%的HNO3溶液进行酸洗20s，最后用蒸馏水水洗4次后吹干，即得到清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
5.根据权利要求1所述的一种高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法，其特征在于步骤四中所述银基钎料的制备方法是按以下步骤进行的: 一、按质量百分数47%Ag、18%Cu、17%In、17%Sn和l%Ti称取原料； 二、将步骤一称取的47%Ag和18%Cu放在高频感应真空熔炼炉中，在真空度为IPa，熔炼温度为1350°C的条件下熔炼20min，空冷后得到Ag-Cu中间合金，将Ag-Cu中间合金分成两半，得到Ag-Cu中间合金A和Ag-Cu中间合金B,且所述的Ag-Cu中间合金A与Ag-Cu中间合金B的质量比为1:1 ; 三、在高频感应真空熔炼炉中加入步骤二得到的Ag - Cu中间合金A、步骤一称取的.17%In和17%Sn，在真空度为IPa，熔炼温度为850 °C的条件下熔炼lOmin，空冷后得到Ag-Cu-1n-Sn 合金； 四、在真空非自耗电弧熔炉中加入步骤二得到的Ag-Cu中间合金B和l%Ti，然后将真空腔内抽真空至绝对压力为4 X 10_3Pa，再充入高纯的氩气至真空腔相对压力为-0.03MPa，在熔炼温度为1750°C的条件下熔炼lOmin，空冷后得到Ag-Cu-Ti中间合金； 五、在真空非自耗电弧熔炉中加入步骤三得到的Ag-Cu-1n-Sn合金和步骤四得到的Ag-Cu-Ti中间合金，然后将真空腔内抽真空至绝对压力为4X10_3Pa，再充入高纯的氩气至真空腔相对压力为-0.03MPa，在熔炼温度为1750°C的条件下熔炼lOmin，空冷后得到混合均匀的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金球； 六、采用砂轮对混合均匀的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金球进行打磨，去掉Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金球表面的氧化层，然后用机械法将打磨后的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金球破碎成尺寸小于.30mm 的 Ag-Cu-1n-Sn-Ti 合金块； 七、对内径为30mm的石英试管的底部开缝，缝宽0.4mm,然后将尺寸小于30mm的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金块放入底部开缝的石英管中，得到装有Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金碎块的石英管； 八、将装有Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金碎块的石英管放入甩带机的加热感应线圈中，然后将甩带机内腔抽真空至绝对压力为4X10_3Pa，再充入高纯的氩气至甩带机内腔相对压力为-0.05MPa ； 九、甩带机的加热感应线圈通电，当石英管内的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金碎块被加热到熔融状态时，打开甩带机的储气罐，以相对压力为-0.03MPa下向石英管通入氩气，利用氩气将熔融状态的钎料从石英管底部缝隙吹出，溅射到转速为30m/s的铜滚轮上，甩出厚度为.50 μ m的薄带，冷却后可得到银基钎料。
6.如权利要求1所述的一种高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法，其特征在于高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法是按以下步骤进行的: 一、将碳化硅颗粒增强铝基复合材料在室温条件下，在丙酮中超声处理1Omin~.15min，用蒸馏水水洗3~5次后吹干，再用砂纸对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理1Omin~15min，然后用蒸馏水水洗3~5次后吹干，即得到处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料； 二、将可伐合金在室温条件下，在丙酮中超声处理1Omin~15min,用蒸懼水水洗3~.5次后吹干，再用砂纸对可伐合金的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理IOmin~.15min，然后用蒸馏水水洗3~5次后吹干，即得到处理后的可伐合金； 三、将步骤一处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料在浓度为7%的NaOH溶液中放置.20s~30s,然后用蒸懼水水洗3~5次,再用浓度为5%的HNO3溶液进行酸洗15s~25s,最后用蒸馏水水洗3~5次后吹干，即得到清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料； 四、在处理后的可伐合金的待焊表面上设置银基钎料，然后在银基钎料上设置清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料，用石墨夹具夹好，即得到待焊件； 五、将步骤四得到的待焊件置于真空钎焊炉中，在真空度为3X10_3Pa、焊接温度为590°C的条件下保温lOmin，随炉冷却，即完成高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与可伐合金的焊接； 步骤一中所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料的基体为A356铝合金；其固相线温度为577°C，液相线温度为624°C ； 步骤四中所述银基钎料为Ag57.6-Cu22.4-1nlO-SnlO合金钎料； 步骤四中所述的石墨夹具是在室温条件下，在酒精中超声处理2min~5min，然后在丙丽中超声处理2min~5min。
7.根据权利要求6所述的一种高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法，其特征在于步骤一在丙酮中超声处理12min，用蒸馏水水洗4次后吹干，再用砂纸对碳化硅颗粒增强铝基复合材料的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理12min，然后用蒸馏水水洗4次后吹干，即得到处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
8.根据权利要求6所述的一种高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法，其特征在于步骤二在丙酮中超声处理12min，用蒸馏水水洗4次后吹干，再用砂纸对可伐合金的表面进行打磨处理，最后在蒸馏水中超声处理12min，然后用蒸馏水水洗4次后吹干，即 得到处理后的可伐合金。
9.根据权利要求6所述的一种高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料固液两相区钎焊方法，其特征在于步骤三在浓度为7%的NaOH溶液中放置25s，然后用蒸馏水水洗4次，再用浓度为5%的HNO3溶液进行酸洗20s，最后用蒸馏水水洗4次后吹干，即得到清洗后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
【文档编号】B23K1/19GK103801783SQ201410079375
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2014年3月6日
【发明者】牛济泰 申请人:牛济泰