专利名称：可焊接陶瓷的耐氧化型活性金属钎料的制作方法
技术领域：
本发明属于焊接技术领域，具体地说就是提供了一种具有足够的抗高温氧化能力，适合于普通金属钎料无法完成的陶瓷与陶瓷钎焊或陶瓷与金属钎焊的钎料。
近一时期以来，由于世界各国科学界和工业界的共同努力，使传统的陶瓷材料性能发生了革命性的变化，精细陶瓷作为一门新兴的产业部门正迅速的发展，其产品逐渐进入实用化阶段。然而由于陶瓷材料本身固有的一些缺点，如本征脆性，强度分散和难加工性等等在一个短时间内尚难以克服，使得这种具有巨大潜力的新材料在扩大它的应用领域之前必须首先解决它与其它材料，首先是金属材料的可连接性问题，在许多目前已进入实用化的陶瓷材料制造的产品中，如微波电子器件、陶瓷电容器和滤波器的电极，大批的电真空元件如真空绝缘密封件，真空电极引线等，陶瓷切割刀具，包括金刚石切割工具等等，可靠的金属与陶瓷连接是这些技术密集型产品制造中的技术核心之一。已知的金属与陶瓷连接技术中，有机粘接和无机粘接，由于其生产成本低，操作简单和适应性广而得到广泛的应用，但前者的主要缺点是温度升高、粘接接头将迅速失效，而后者的缺点是连接强度很低，接头很不可靠。扩散焊、热等静压焊，电子束或激光熔焊及摩擦焊等特种焊接技术可以生产出结合牢固的金属/陶瓷接头，但它们共同的缺点是生产成本很高，且对每一种技术来讲，适用范围是相当窄的。间接钎焊是一种相对生产效率较高的方法，但由于它要求对陶瓷表面进行预先金属化处理，所以增加了生产工序和生产成本。目前在诸多金属与陶瓷连接的方法中，以活性金属直接钎焊技术，由于生产率高，适应性广连接可靠和生产成本低等多种优点而最具有竞争力，这种技术的核心在于能够在陶瓷上润湿和粘着的活性金属钎料的研制。文献1提供了一种金基或钯基活性钎料，这些活性纤料由于含有贵金属可以保持一个较低的氧化速度，但由于原料的成本太高难以获得普遍的应用，文献2提供了一种银基活性钎料，文献3提供了一种铜基活性钎料，这二类钎料的生产成本均远远低于文献1提供的钎料，但它们的共同缺点是在高温下加热，活性钎料将迅速氧化，所以，如果用这些钎料纤钎的金属/陶瓷接头在氧化性气氛(如大气)和高于室温的一定温度下工作，接头将由于钎料的氧化而迅速失效，从这一意义上，目前急需要发展一种低成本的，但耐氧化的实用活性钎料。
本发明的目的在于提供一种耐氧化型的活性金属钎料，在一定条件下能够在多种陶瓷表面直接润湿，铺展并在凝固后和陶瓷牢固地连成一体。
本发明为一种含铜的活性钎料，其具体的配方如下(原子百分比)活性元素非活性元素抗氧化添加剂稀土添加剂 Cu1-10 5-60 2-10 0～0.8余量活性元素指下列元素Ti，Zr，V，Hf或它们的复合。
非活性元素指下列元素Iu，Sn，Ag，Au，P或其复合。
抗氧化添加剂指下列元素Cr，Al，Sl，Nl或其复合。
稀土添加剂系指Ce或以它为主的复合稀土化合物。
在本发明中，活性元素的作用是使钎料能够在陶瓷上润湿和粘附。非活性元素的作用是改善和控制钎料在陶瓷上的润湿性和与陶瓷的连接强度，抗氧化添加剂用于提高钎料在高温下的抗氧化能力，稀土添加剂的作用是增强合金氧化膜与基体金属的界面结合力，也可以不加。
本发明提供的钎料配方可以用火法冶金或物理冶金进行合金化，合金化后可以选择一种或几种机械加工，将钎料制成适用的形状，如钎料丝、钎料粉或钎料片等。
与原有技术相比，本发明提供的钎料，抗高温氧化的能力大大增强，对于这类含Cn的金属钎料，一般氧化行为均服从二次抛物线定律△W2＝Kt式中△W为单位面积的氧化增重，K为二次抛物线常数，t为氧化时间，作为对比试验，比较由EP0135603所提供的Cu-5Tl-57Ag和本发明提供的Cu-5Tl-54Ag-4.5Ag-0.5Ce，在600℃下空气中氧化，其抛物线常数K分别为6.29×10-5mg2/cm2·δ和3.18×10-5mg2/cm2·δ，即本发明提供的活性钎料将氧化抗力提高了一倍左右。本发明提供的钎料可以在多种陶瓷，包括氧化物陶瓷(氧化铝、石英、莫来石、氧化锆等)，非氧化物陶瓷(金刚石、石墨、氮化硅、Slalon，碳化硅等)表面上直接发生很好的润湿和粘着效果，并同样适用于金属及合金的钎焊，下面详述实施例实施例1配制Cu-5Ti-54Ag-5Cr的合金，在Ar气保护下，用钨电极弧进行熔炼。熔炼过程中采用电磁场搅拌以保证合金成份均匀，熔炼后的合金经中间真空退火，可逐次冷轧成钎料片。
氮化硅陶瓷，表面经仔细研磨后，在丙酮中用超声波仔细清洗，然后，置于真空钎焊炉内，取合适的钎料片表面磨光并清洗后置于陶瓷表面上。封闭炉腔并抽真空，当真空度达到1×10-5Torr后，缓缓地升温至880℃，保温5mln，然后缓慢地炉冷到室温。钎料在陶瓷表面润湿良好，并且连接牢固。
实施例2配制Cu-5Tl-54Ag-4.5Al-0.5Ce合金，用实施例1中同样的方法进行试验，陶瓷选用Slalon，结果发现，纤料在陶瓷表面润湿良好，并且与陶瓷连接牢固。
参考文献1、EP 0104623(1983)2、EP 0135603(1983)3、GB 2066291A(1981)
权利要求
1.一种含铜的活性钎料，特别适用于陶瓷材料的直接钎焊，其具体配方如下(原子百分比)活性元素 非活性元素 抗氧化添加剂 稀土添加剂 Cu1-10 5-60 2-10 0～0.8 余量
2.按权利要求1所述钎料，其特征为所用活性元素指下列元素，Tl，Zr，V，Hf或其复合。
3.按权利要求1所述钎料，其特征为所用非活性元素指下列元素In，Sn，Ag，Au，P或其复合。
4.按权利要求1所述钎料，其特征为所用抗氧化添加剂指下列元素Cr，Nl，Al，Sl或其复合。
5.按权利要求1中所述钎料，其特征为所用稀土添加剂为C8或以其为主的复合稀土化合物。
6.按权利要求1～5所述钎料，其特征在于钎料配方可用火法冶金或物理冶金进行合金化。
7.按权利要求6所述钎料，其特征在于合金化后可以选择机械加工，将钎料制成适用的形状，如钎料丝、钎料粉或钎料片等。
全文摘要
本发明属于焊接技术领域，即提供了一种可焊接陶瓷的耐氧化型活性金属钎料，其特点在于钎料的配方如下(原子百分比)活性元素 1—10 非活性元素 5—60抗氧化添加剂 2—10 稀土添加剂 0—0.8Cu 余量本发明具有足够的抗高温氧化能力，特别适合于普通金属钎料无法完成的陶瓷与陶瓷钎焊或陶瓷与金属钎焊，也同样适用于普通的金属材料钎焊。
文档编号B23K35/30GK1076648SQ9210610
公开日1993年9月29日 申请日期1992年3月25日 优先权日1992年3月25日
发明者冼爱平, 周龙江, 沈嘉年, 李铁籓, 斯重遥 申请人:中国科学院金属研究所, 中国科学院金属腐蚀与防护研究所