本发明涉及合金材料领域，具体而言，涉及一种合金钎料、玻璃和金属的连接体及玻璃和金属的钎焊方法。
背景技术：
玻璃材料具有抗氧化、耐蚀、耐高温、高硬耐磨等特点，在工业生产和居民生活中都有广泛应用，但玻璃本身的低延性和低冲击韧性的缺点则妨碍了其在工程结构中的应用。玻璃与塑韧性高、抗冲击能力强的金属连接件已成功应用于压电传感器制造，以复合连接体形式制成的压力传感器可应用于严酷的工作环境。随着科技的不断发展以及国家新能源与高效节能技术政策的提出，玻璃与金属的连接在工业中的应用前景更加广阔，尤其是在LED大功率照明技术、大功率LED灯散热和热沉技术等技术领域。
但金属材料与玻璃之间的热膨胀系数差异甚大，当发生急剧的温度变化时，很容易引起材料间的应力集中，从而影响接头的可靠性。
现有技术中，对于玻璃与金属之间的连接通常使用钎焊连接的方法。目前已知的用于玻璃与金属钎焊的钎料类型有Sn-Ag-Cu、Sn-Zn-Bi等。Sn-Ag-Cu是电子基板钎焊的常用钎料，其接合强度和可靠性都较高，但该钎料的杨氏模量高达50GPa，在施加机械应力或由热膨胀系数不同导致的应力时，可能引起钎料剥离或玻璃基板开裂等问题。而Sn-Zn-Bi钎料合金虽对于杨氏模量有所改善，但由于包含与铅同样毒性高的Bi，因此其使用受到限制。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种合金钎料、玻璃和金属的连接体及玻璃和金属的钎焊方法，以解决现有技术中合金钎料的杨氏模量较高、加工可塑性差的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种合金钎料，以重量百分比计，该合金钎料包括45％～65％的锡、31.5％～52.5％的铟和0.5％～3.5％的银。
进一步地，以重量百分比计，上述合金钎料包括48％～60％的锡、38％～50％的铟和1％～3％的银。
进一步地，以重量百分比计，上述合金钎料由45％～65％的锡、31.5％～52.5％的铟和0.5％～3.5％的银组成。
进一步地，以重量百分比计，上述合金钎料由48％～60％的锡、38％～50％的铟和1％～3％的银组成。
进一步地，以重量百分比计，上述合金钎料由55％的锡、42.5％的铟和2.5％的银组成。
根据本发明的另一方面，提供了一种玻璃和金属的连接体，包括玻璃、金属和钎焊部，该钎焊部采用上述任一种合金钎料钎焊形成。
根据本发明的另一方面，提供了一种玻璃和金属的钎焊方法，该钎焊方法包括采用上述任一种合金钎料进行钎焊。
进一步地，上述钎焊的焊接温度为220～250℃。
应用本发明的技术方案，结合In-Sn二元相图，在本发明成分体系中，In的含量控制在31.5％～52.5％，这是因为当In含量过低时，合金的杨氏模量会变大，可能在焊接过程中造成玻璃开裂；而In含量过高时，In3Sn/In3Sn+InSn4的相变化导致的内部应力极易引起残留裂纹发生，从而导致焊料的接合强度降低。进一步地，通过对In、Sn添加适量的Ag可以使晶体结构细化，起到提高焊料的机械强度的优异效果。其中，当Ag添加量不足0.5％时，该效果不明显；当Ag添加量超过3.5％时，易析出粗大的Ag3Sn，从而造成抗拉强度和疲劳强度的降低。因此，具有上述组成的合金钎料的加工塑性好，可根据需要加工成各种规格、尺寸的焊条、焊丝、薄带、焊片等；杨氏模量低，工艺性能优良，不易在温度变化时引起大的应力，接头质量稳定；钎焊温度较低，使用该合金钎料焊接时，钎焊温度不高于250℃。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
如背景技术所记载的，现有技术的合金钎料的杨氏模量较高、加工可塑性差的问题，为了解决该问题，在本申请一种典型的实施方式中提供了一种合金钎料，以重量百分比计，该合金钎料包括45％～65％的锡、31.5％～52.5％的铟和0.5％～3.5％的银。
结合In-Sn二元相图，在本发明成分体系中，In的含量控制在31.5％～52.5％，这是因为当In含量过低时，合金的杨氏模量会变大，可能在焊接过程中造成玻璃开裂；而In含量过高时，In3Sn/In3Sn+InSn4的相变化导致的内部应力极易引起残留裂纹发生，从而导致焊料的接合强度降低。进一步地，通过对In、Sn添加适量的Ag可以使晶体结构细化，起到提高焊料的机械强度的优异效果。其中，当Ag添加量不足0.5％时，该效果不明显；当Ag添加量超过3.5％时，易析出粗大的Ag3Sn，从而造成抗拉强度和疲劳强度的降低。
因此，具有上述组成的合金钎料的加工塑性好，可根据需要加工成各种规格、尺寸的焊条、焊丝、薄带、焊片等；杨氏模量低，工艺性能优良，不易在温度变化时引起大的应力，接头质量稳定；钎焊温度较低，使用该合金钎料焊接时，钎焊温度不高于250℃。
在本申请一种优选的实施例中，以重量百分比计，该合金钎料包括48％～60％的锡、38％～50％的铟和1％～3％的银。上述合金钎料的杨氏模量得到进一步降低，因此在应用时使得玻璃和金属的焊接更牢固。
进一步优选，以重量百分比计，上述合金钎料由45％～65％的锡、31.5％～52.5％的铟和0.5％～3.5％的银组成。更优选，以重量百分比计，合金钎料由48％～60％的锡、38％～50％的铟和1％～3％的银组成。上述合金钎料中可以含有不可避免的杂质。
在本申请另一种优选的实施例中，以重量百分比计，上述合金钎料由55％的锡、42.5％的铟和2.5％的银组成。以上组成的合金钎料的杨氏模量、加工可塑性都较为理想，在应用时钎焊温度适中，对金属和玻璃的焊接较为牢固。
在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种玻璃和金属的连接体，包括玻璃、金属和钎焊部，该钎焊部采用上述任一种合金钎料钎焊形成。由于本申请的合金钎料具有杨氏模量低、加工可塑性好的优点，因此，其所钎焊形成的玻璃和金属的连接体的能够适用于各种机械应力和热膨胀系数导致应力变化的工作环境，保证了其在压电传感器等各种器件中的应用。
在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种玻璃和金属的钎焊方法，该钎焊方法包括采用上述任一种合金钎料进行钎焊。由于本申请的合金钎料的可焊接温度较低，因此利用其进行玻璃和金属的焊接易于操作，且不会对玻璃和金属造成负面影响。
进一步优选上述钎焊的焊接温度为220～250℃。
以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。
实施例1
采用炉中钎焊的方法对玻璃和铜进行焊接，钎焊温度见表1，钎焊过程的保温时间见表1，其中所采用的合金钎料的组成见表1。
对钎料性能和钎焊接头的质量进行检测，其中杨氏模量采用静态拉伸法检测，延伸率采用拉伸试验检测，钎焊效果采用观察钎焊接头成形质量检测。
表1
由表1的数据可以看出，各实施例的杨氏模量相对于对比例1有明显降低，且各实施例的延伸率相对于对比例2有明显增加，各实施例的延伸率和杨氏模量相对于对比例3有明显改善，说明本申请合金钎料将In含量控制在31.5％～52.5％之间，将Ag含量控制在0.5％～3.5％之间对钎焊效果起到了明显的改善作用。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
结合In-Sn二元相图，在本发明成分体系中，In的含量控制在31.5％～52.5％，这是因为当In含量过低时，合金的杨氏模量会变大，可能在焊接过程中造成玻璃开裂；而In含量过高时，In3Sn/In3Sn+InSn4的相变化导致的内部应力极易引起残留裂纹发生，从而导致焊料的接合强度降低。进一步地，通过对In、Sn添加适量的Ag可以使晶体结构细化，起到提高焊料的机械强度的优异效果。其中，当Ag添加量不足0.5％时，该效果不明显；当Ag添加量超过3.5％时，易析出粗大的Ag3Sn，从而造成抗拉强度和疲劳强度的降低。
具有上述组成的合金钎料的加工塑性好，可根据需要加工成各种规格、尺寸的焊条、焊丝、薄带、焊片等；杨氏模量低，工艺性能优良，不易在温度变化时引起大的应力，接头质量稳定；钎焊温度较低，使用该合金钎料焊接时，钎焊温度不高于250℃。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。