一种铁氧体与金属的焊接方法与流程

本发明涉及微波器件的焊接技术领域，具体涉及一种铁氧体与金属的焊接方法。

背景技术：

铁氧体材料由于具有良好的电磁损耗特性和高频特性，其可以有效衰减或吸收射频能量，在抗电磁干扰、大功率微波负载以及荷电粒子加速器等方面具有非常广泛的应用。

一般地，从器件整体研制上考虑，需要将铁氧体材料同金属材料进行固定焊接来实现其功能。通常的方式是使用有机粘合剂进行粘接，但有机物的导热系数较低，不能耐高温，而且不适合高真空环境，其使用范围非常有限。另一种方式是通过磁控溅射镀金属膜或者被银的方式将铁氧体进行预先金属化，然后使用焊料将其与金属材料进行焊接。磁控溅射镀膜工艺复杂，生产成本较高，并且难以大批量连续生产以及制备大尺寸的铁氧体器件。

被银法工艺简单，不需要昂贵的金属化装置，是一种非常适合于工业化生产的铁氧体与金属焊接的方法。目前被银法主要的工艺过程为先在铁氧体表面烧渗银层，然后直接使用低温焊料将其与金属进行焊接。通常选用的焊料为ag-sn合金，其焊接温度较低(300-380℃)，又由于sn具有较高的饱和蒸气压，使其并不适合于在高温和高真空环境下使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铁氧体与金属的焊接方法，解决现有铁氧体与金属的被银法焊接方式导致焊料对银层熔蚀的问题，同时，本发明能提高焊接部件的使用温度。

本发明通过下述技术方案实现：

一种铁氧体与金属的焊接方法，包括以下步骤：

1)、在铁氧体表面涂银进行烧渗形成银层；

2)、在所述银层外覆盖阻挡层；

3)、将焊料置于由步骤2)得到的铁氧体与金属基体之间进行焊接，制得铁氧体与金属基体的焊接部件。

在其它技术领域中，由于对焊接件的要求不高，也不需要在高温高真空环境下使用，因此，即使发现被银法存在焊料对银层熔蚀的问题，也不会明显影响铁氧体和金属焊接件的使用。而在微波器件领域中，对焊接件的强度和耐受温度均具有较高的要求。申请人在实验中发现：采用现有的被银法进行铁氧体与金属焊接时，焊料对银层熔蚀的问题会严重影响焊接件的强度，严重时甚至导致银层从铁氧体表面剥离。同时由于焊接只能在低温(300-380℃)下进行，无法进行高温焊接，这样就严重限制了焊接件的耐受温度，对于大功率的微波器件而言，此类焊接无法满足需求。

本发明通过在银层上覆盖阻挡层，所述阻挡层能够有效阻止焊料对银层的熔蚀。通常来讲，阻挡层要与银层和焊料层都可以很好地结合，同时其要具有扩散系数小和高温稳定的特点。阻挡层较小的扩散系数能减小焊料与其的反应深度，进而起到了阻隔焊料与银层的目的。

本发明所述焊料优选agcumn、agcuni、cuti、aucuag、agcu、agcuti、agcuin和pdagcu，这些焊料的焊接温度较高，能达到提高焊接件使用温度的目的，焊料的厚度优选为50～200微米；所述金属基体为无氧铜、碳钢、铬钢、不锈钢、钨铜合金、钼铜合金或可伐合金。

进一步地，阻挡层至少包括镍、钒、铜、镍钒合金、镍铜合金中的一种。

上述阻挡层具有较小的扩散系数能起到阻止焊料对银层熔蚀的目的。

进一步地，阻挡层的厚度为2～15微米。

阻挡层太薄则不能起到阻挡的目的，而太厚则会增大焊接时的应力，这样反而会降低焊接强度。

进一步地，阻挡层包括多层，每层的厚度为2～4微米。

进一步地，金属基体的表面覆盖有过渡金属层。

过渡金属层能起到提高焊料在金属表面的流散能力和减缓焊接应力的目的。

进一步地，过渡金属层的厚度为2～500微米。

进一步地，过渡金属层至少包括镍、银、铜、钼、金中的一种。

进一步地，焊接的温度为600～880℃，保温时间为1～30分钟。

进一步地，阻挡层的覆盖方式为电镀、化学镀、磁控溅射、离子镀、化学气相沉积或蒸镀。

进一步地，银层形成的具体步骤：

a)、清洗铁氧体，烘干后置于马弗炉中素烧；

b)、在铁氧体表面均匀涂敷银浆，并烘干；

c)、将涂银后的铁氧体置于马弗炉中进行烧渗形成银层。

具体地，步骤a)中所述清洗方法为使用有机溶剂、去离子水和无水乙醇依次对铁氧体进行超声振动清洗；步骤a)中所述素烧的温度为700～900℃，保温时间为0.5～2小时；步骤b)中所述银浆的涂敷方式为丝网印刷或手工涂敷，银浆厚度为10～100微米，步骤a)、b)中所述的烘干方式为烘箱中烘干，温度为90～150℃，保温时间为0.5～2小时；所述烧渗形成银层的温度为700～900℃，保温时间为0.5～4小时。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明通过在银层外包裹阻挡层，不仅可以实现铁氧体与金属的牢固焊接，而且可以有效解决焊料对银层熔蚀的问题，能够提高焊接部件的工作温度，能够保证铁氧体和金属的有效贴合面积，确保满足导热和力学等要求，并进一步拓展其在高真空领域的应用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1铁氧体与金属焊接件的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-金属基体，2-过渡金属层，3-焊料层，4-阻挡层，5-银层，6-铁氧体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示，一种铁氧体与金属的焊接方法，包括以下步骤：

1)、在铁氧体6表面涂银进行烧渗形成银层5，所述银层5形成的具体步骤：

a)、将铁氧体6使用有机溶剂、去离子水和无水乙醇依次进行超声波振动清洗后，于110℃的烘箱中保温30分钟烘干；然后将其置于马弗炉中，并在850℃下素烧2小时；

b)、采用丝网印刷的方式在素烧后的铁氧体6表面均匀涂敷厚度约为60微米的银浆，烘箱中110℃下烘干1小时后，自然冷却至室温；

c)、将涂敷银浆的铁氧体6置于马弗炉中，并在850℃下烧渗银层2小时使其表面金属化；

2)、通过电镀(也可以采用磁控溅射、化学镀、离子镀、化学气相沉积或蒸镀)的方式在烧银后的铁氧体6表面覆盖厚度约5微米的阻挡层4，所述阻挡层4为镍(也可以是钒、铜、镍钒合金或镍铜合金)；

3)、将厚度为100微米的pdagcu(也可以是agcumn、agcuni、cuti、aucuag、agcu、agcuin或agcuti)焊料置于覆盖有阻挡层4的铁氧体6与金属基体1(无氧铜)之间，并于真空中进行焊接形成焊料层3，焊接温度为830℃，保温时间为1分钟，制得铁氧体6与金属基体1的焊接件。

实施例2：

如图1所示，一种铁氧体与金属的焊接方法，包括以下步骤：

1)、在铁氧体6表面涂银进行烧渗形成银层5，所述银层形成的具体步骤：

a)、将铁氧体使用有机溶剂、去离子水和无水乙醇依次进行超声波振动清洗后，于90℃的烘箱中保温60分钟烘干；然后将其置于马弗炉中，并在700℃下素烧2小时；

b)、采用丝网印刷的方式在素烧后的铁氧体6表面均匀涂敷厚度约为10微米的银浆，烘箱中90℃下烘干2小时后，自然冷却至室温；

c)、将涂敷银浆的铁氧体6置于马弗炉中，并在700℃下烧渗银层4小时使其表面金属化；

2)、通过磁控溅射(也可以采用电镀、化学镀、离子镀、化学气相沉积或蒸镀)的方式在烧银后的铁氧体6表面覆盖厚度约2微米的阻挡层4，所述阻挡层4为镍铜合金(也可以是钒、铜、镍钒合金或镍)；

3)、将厚度为50微米的agcuin(也可以是agcumn、agcuni、cuti、aucuag、agcu、pdagcu或agcuti)焊料置于覆盖有阻挡层4的铁氧体6与金属基体1(无氧铜)之间，并于真空中进行焊形成焊料层3，焊接温度为600℃，保温时间为3分钟，制得铁氧体6与无氧铜的焊接件。

实施例3：

如图1所示，一种铁氧体与金属的焊接方法，包括以下步骤：

1)、在铁氧体6表面涂银进行烧渗形成银层5，所述银层形成的具体步骤：

a)、将铁氧体使用有机溶剂、去离子水和无水乙醇依次进行超声波振动清洗后，于150℃的烘箱中保温120分钟烘干；然后将其置于马弗炉中，并在900℃下素烧2小时；

b)、采用丝网印刷的方式在素烧后的铁氧体6表面均匀涂敷厚度约为100微米的银浆，烘箱中150℃下烘干0.5小时后，自然冷却至室温；

c)、将涂敷银浆的铁氧体置于马弗炉中，并在900℃下烧渗银层0.5小时使其表面金属化；

2)、通过磁控溅射(也可以采用电镀、化学镀、离子镀、化学气相沉积或蒸镀)的方式在烧银后的铁氧体6表面覆盖厚度约15微米的阻挡层4，所述阻挡层4为镍铜合金(也可以是钒、铜、镍钒合金或镍)；

3)、将厚度为200微米的agcuti(也可以是agcumn、agcuni、cuti、aucuag、agcu、agcuin或pdagcu)焊料置于覆盖有阻挡层4的铁氧体6与金属基体1(无氧铜)之间，并于真空中进行焊接形成焊料层3，焊接温度为880℃，保温时间为30分钟，制得铁氧体6与无氧铜的焊接件。

实施例4：

如图1所示，本实施例基于实施例1，所述金属基体1为不锈钢，其表面覆盖有过渡金属层2；所述过渡金属层2的厚度为10微米；所述过渡金属层2为镍，也可以是银、铜、金或钼。金属过渡层2的加入能有效改善焊料在不锈钢表面的流散情况，促进焊料浸润，增大焊接强度。同时其还能减缓焊接应力，抑制由于热膨胀系数差异较大而带来的焊接件翘曲问题。

实施例5：

如图1所示，本实施例基于实施例1，所述金属基体1为不锈钢，所述金属基体1的表面覆盖有过渡金属层2；所述过渡金属层2的厚度为2微米；所述过渡金属层2为镍，也可以是银、铜、金或钼。金属过渡层2的加入能有效改善焊料在不锈钢表面的流散情况，促进焊料浸润，增大焊接强度。同时其还能减缓焊接应力，抑制由于热膨胀系数差异较大而带来的焊接件翘曲问题。

实施例6：

如图1所示，本实施例基于实施例1，所述金属基体1为不锈钢，所述金属基体1的表面覆盖有过渡金属层2；所述过渡金属层2的厚度为500微米；所述过渡金属层2为镍，也可以是银、铜、金或钼。金属过渡层2的加入能有效改善焊料在不锈钢表面的流散情况，促进焊料浸润，增大焊接强度。同时其还能减缓焊接应力，抑制由于热膨胀系数差异较大而带来的焊接件翘曲问题。

实施例7：

本实施例基于实施例1，本实施例与实施例1的区别在于：所述阻挡层4包括两层，靠近铁氧体6侧为镍层，靠近金属基体1(无氧铜)侧为铜层，每层的厚度为4微米。两层阻挡层4的使用可以最大程度上缓解焊接应力，提高焊接件的焊接强度，试验发现：本实施例的焊接强度高于实施例1。

对比例1：

本对比例的大致步骤与实施例1相同，与实施例1的区别在于：不设置阻挡层4。由于没有阻挡层4，焊料直接与银层5反应，而且由于反应温度较高，银层5很快被焊料所熔蚀，导致银层5从铁氧体6表面剥离，最终焊接失效。

对比例2：

本对比例的大致步骤与实施例1相同，与实施例1的区别在于：所述阻挡层4的厚度为0.5微米。同对比例1类似，虽然此时银层5和焊料之间有阻挡层4，但由于焊接温度较高而阻挡层4太薄，焊料会连同阻挡层4一起熔蚀掉，从而使其丧失阻挡效果，导致焊接失败。

对比例3：

本对比例的大致步骤与实施例1相同，与实施例1的区别在于：所述阻挡层4的厚度为1微米。同对比例1类似，虽然此时银层5和焊料之间有阻挡层4，但由于焊接温度较高而阻挡层4太薄，焊料会连同阻挡层4一起熔蚀掉，从而使其丧失阻挡效果，导致焊接失败。

对比例4：

本对比例的大致步骤与实施例1相同，与实施例1的区别在于：所述阻挡层4的厚度为40微米。此时发现阻挡层4表面出现严重的起皮现象，这会严重减小焊接强度，甚至导致焊接开裂。

对比例5：

本对比例的大致步骤与实施例1相同，与实施例1的区别在于：所述阻挡层4的厚度为30微米。此时发现阻挡层4表面出现起皮现象，这会减小焊接强度，甚至导致焊接开裂。

对比例6：

本对比例的大致步骤与实施例1相同，与实施例1的区别在于：所述阻挡层4的厚度为20微米。此时发现阻挡层4表面出现轻微起皮现象，这会在一定程度上减小焊接强度，易导致焊接开裂。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。