一种可伐合金与陶瓷材料超声钎焊方法
【专利摘要】本发明涉及一种可伐合金与陶瓷材料超声钎焊方法，其包括以下几个步骤：将待焊的可伐合金与陶瓷材料放入丙酮中超声清洗5~10min；将可伐合金、陶瓷材料和钎料装配成陶瓷/钎料/可伐合金三层结构；放置到加热台上，进行加热加压，其中加热温度为830~980℃，压力为0.2~1MPa，当钎料熔化后启动超声振动，其中振动频率为10~110kHz，振幅为1~10μm；加热时间持续20~90s后停止加热，待接头钎缝层完全凝固后停止加压与超声振动，得到伐合金/陶瓷钎焊接头。本发明在非真空不采用钎剂的条件下，实现了可伐合金与陶瓷材料的钎焊连接，同时使接头组织得到细化，接头残余应力水平低，并有较好的密封性能。
【专利说明】
一种可伐合金与陶瓷材料超声钎焊方法
技术领域
[0001]本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种可伐合金与陶瓷材料超声钎焊方法。
【背景技术】
[0002]可伐合金，也称铁镍钴合金，具有较高的居里点以及良好的低温组织稳定性，合金的氧化膜致密，容易焊接和熔接，有良好可塑性，可切削加工。然而，陶瓷材料固有的硬性和脆性使其难以加工制造，需要与金属连接起来，实现与金属性能上的互补，以期获得兼具陶瓷和金属各自优异性能的陶瓷-金属复合构件。所以将可伐合金与陶瓷材料进行连接具有广阔的应用前景，并且，可伐合金与陶瓷材料的封接构件多用于真空电子，电力电子等行业的器件中。
[0003]在陶瓷与金属的连接技术中，钎焊连接研究最多，应用最广。而在传统钎焊连接过程中主要存在两方面的问题，一方面是传统钎焊过程需要在真空条件下进行，并且耗时较长，工艺复杂，生产成本较高;另一方面是传统钎焊接头中生成的脆性金属间化合物会使接头中的残余应力增大，接头性能降低。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、合理，能够有效细化接头中生成的化合物，降低结构中的残余应力的可伐合金与陶瓷材料超声钎焊方法。
[0005]本发明解决上述问题采用的技术方案是:一种可伐合金与陶瓷材料超声钎焊方法，其特征在于:其包括以下几个步骤:
(一)材料清洗:将待焊的可伐合金与陶瓷材料放入丙酮中超声清洗5?1min;
(二)组装:将可伐合金、陶瓷材料和钎料装配成陶瓷/钎料/可伐合金三层结构；
(三)超声钎焊:将步骤二中的陶瓷/钎料/可伐合金三层结构放置到加热台上，进行加热加压，其中加热温度为830?980°C，压力为0.2?IMPa，当钎料熔化后启动超声振动，其中振动频率为10~110kHz，振幅为卜ΙΟμπι;加热时间持续20?90s后停止加热，待接头钎缝层完全凝固后停止加压与超声振动，得到伐合金/陶瓷钎焊接头，实现可伐合金与陶瓷材料的超声钎焊。
[0006]所述的超声振动在整个超声钎焊过程中一直持续进行，有效的细化了钎焊接头中生成的化合物，降低了接头残余应力。
[0007]本发明在大气环境下获得了微观组织结构和力学性能倶佳的可伐合金/陶瓷连接接头。
[0008]本发明所采用的超声钎焊，在钎焊过程中，超声在液态钎料中传播时能产生空化作用和声流作用，这将在液态钎料内部瞬时产生局部高温、高压，并产生冲击波，进而破坏母材表面的氧化膜、促进原子扩散，从而改善母材与钎料的润湿性，并且加速了钎料与母材之间的冶金反应，最终实现可伐合金与陶瓷材料的连接。对照现有技术，本发明的有益效果是:本发明超声钎焊一方面克服了传统钎焊需要在真空条件下连接两种母材的苛刻条件。超声钎焊过程时间短，可以在大气环境中进行，工艺简便，生产成本低。另一方面整个超声钎焊过程中持续加入超声作用，可以有效的细化接头中生成的化合物，解决了传统钎焊过程中残余应力对可伐合金与陶瓷结构影响较大，甚至无法实现结构有效密封连接的问题。在可伐合金与陶瓷材料密封钎焊领域具有极大的应用前景。
【具体实施方式】
[0009]本发明技术方案不局限于以下所列举的【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】之间的任意组合。
[0010]实施例1:
一种可伐合金与陶瓷材料超声钎焊方法，其包括以下几个步骤:
(一)材料清洗:将待焊的可伐合金与AI2O3陶瓷放入丙酮中超声清洗5min;
(二)组装:将可伐合金、陶瓷和Cu-Sn-T1-Ni钎料装配成Al2O3陶瓷/Cu-Sn-T1-Ni/可伐合金的““三明治””三层结构；
(三)超声钎焊:将步骤二中的陶瓷/钎料/可伐合金三层结构放置到加热台上，进行加热加压使钎料熔化，其中加热温度为8300C，压力为IMPa，当钎料熔化后启动超声振动，其中振动频率为30kHz，振幅为6μπι;加热时间持续30s后停止加热，待接头钎缝层完全凝固后停止加压与超声振动，得到伐合金/陶瓷钎焊接头，实现可伐合金与陶瓷材料的超声钎焊。
[0011]采用本实施例方式获得的接头完整致密，无裂纹等缺陷，实现了可伐合金与Al2O3陶瓷的可靠封接。经测试，可伐合金与Al2O3陶瓷的超声钎焊封接接头达到了应用要求。
[0012]实施例2:
一种可伐合金与陶瓷材料超声钎焊方法，其包括以下几个步骤:
(一)材料清洗:将待焊的可伐合金与Zr02陶瓷放入丙酮中超声清洗8min；
(二)组装:将可伐合金、陶瓷和AgCuTi钎料装配成ZrO2陶瓷/AgCuTi/可伐合金的“三明治”结构，并放置到加热台上；
(三)超声钎焊:将步骤二中的陶瓷/钎料/可伐合金三层结构放置到加热台上，进行加热加压使钎料熔化，其中加热温度为980 0C，压力为0.2MPa，超声钎焊中加压一直持续至钎焊结束；当钎料熔化后启动超声振动，其中振动频率为20kHz，振幅为ΙΟμπι;超声振动一直持续至钎料完全凝固。加热时间持续90s后停止加热，待接头钎缝层完全凝固后停止加压与超声振动，得到伐合金/陶瓷钎焊接头，实现可伐合金与陶瓷材料的超声钎焊。
[0013]采用本实施例方式获得的接头完整致密，无裂纹等缺陷，实现了可伐合金与ZrO2陶瓷的可靠封接。经测试，可伐合金与ZrO2陶瓷的超声钎焊封接接头达到了应用要求。
[0014]实施例3:
一种可伐合金与陶瓷材料超声钎焊方法，其包括以下几个步骤:
(一)材料清洗:将待焊的可伐合金与AlN陶瓷放入丙酮中超声清洗IOmin;
(二)组装:将可伐合金、AlN陶瓷和Ag-Ti钎料装配成陶瓷/Ag-Ti/可伐合金的“三明治”结构，并放置到加热台上；
(三)超声钎焊:将步骤二中的陶瓷/钎料/可伐合金三层结构放置到加热台上，进行加热加压使钎料熔化，其中加热温度为940°C，压力为0.8MPa，当钎料熔化后启动超声振动，其中振动频率为50kHz，振幅为Ιμπι ；加热时间持续60s后停止加热，待接头钎缝层完全凝固后停止加压与超声振动，得到伐合金/陶瓷钎焊接头，实现可伐合金与陶瓷材料的超声钎焊。
[0015]采用本实施例方式获得的接头完整致密，无裂纹等缺陷，实现了可伐合金与AlN陶瓷的可靠封接。经测试，可伐合金与AlN陶瓷的超声钎焊封接接头达到了应用要求。
【主权项】
1.一种可伐合金与陶瓷材料超声钎焊方法，其特征在于:其包括以下几个步骤: (一)材料清洗:将待焊的可伐合金与陶瓷材料放入丙酮中超声清洗5?1min; (二)组装:将可伐合金、陶瓷材料和钎料装配成陶瓷/钎料/可伐合金三层结构； (三)超声钎焊:将步骤二中的陶瓷/钎料/可伐合金三层结构放置到加热台上，进行加热加压，其中加热温度为830?980°C，压力为0.2?IMPa，当钎料熔化后启动超声振动，其中振动频率为10?IlOkHz，振幅为I?ΙΟμπι;加热时间持续20?90s后停止加热，待接头钎缝层完全凝固后停止加压与超声振动，得到伐合金/陶瓷钎焊接头，实现可伐合金与陶瓷材料的超声钎焊。2.根据权利要求1所述的可伐合金与陶瓷材料超声钎焊方法，其特征在于:所述步骤(三)中超声钎焊中加热温度为9800C，施加压力为0.2MPa，超声钎焊中加压一直持续至钎焊结束;加热时间持续90s，当钎料熔化后启动超声振动，其中振动频率为20kHz，振幅为ΙΟμπι，超声振动一直持续至钎料完全凝固。
【文档编号】B23K1/20GK105921839SQ201610393351
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】赵洪运, 刘积厚, 李卓霖, 刘多, 宋晓国, 董红杰, 牛红伟, 赵璇, 赵一璇
【申请人】哈尔滨工业大学（威海）