专利名称：利用粉末材料进行微波钎焊的工艺的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及用于加热粉末材料的方法，包括在制造、涂覆、艺和材料:i特别地,本发明涉及-于显著增强在微波能量作用下钎 焊材料中的粉末熔化的工艺。
背景技术：
镍、钴和铁基超合金被广泛地用于形成燃气涡轮发动机的高温部 件。尽管一些高温超合金部件可被成形为单个铸件，但其它部件优选或需要通过其它工艺制造而成。作为一个实例，钎焊(brazing)被广 泛地用于制造燃气涡轮机部件，正如高压涡轮机喷嘴组件的情况那样。 钎焊技术通常包括在升高的温度但低于被联接金属的熔点的温度下实 施的联接操作。在实施钎焊工艺的过程中，适当的钎焊合金被置于待 联接的界面(接合)表面之间，且接合表面和位于其间的钎焊合金在 真空中被加热至足以使钎焊合金熔化而不会使超合金基底材料熔化或 导致在所述超合金基底材料中出现晶粒生长的温度。由于包含熔点抑 制剂如硼，因此使得钎焊合金在低于超合金基底材料的温度下熔化。 冷却时，钎焊合金产生固化从而形成永久的冶金结合。在发动机运行过程中，燃气涡轮发动机部件耐受极高的温度条件， 在所述条件下可能会发生多种类型的损伤或劣化。作为实例，冲蚀和 氧化减少了涡轮机喷嘴和叶片的壁厚，且裂紋可在表面不规则处形成 并且由于存在应力而扩展，热循环加剧了所述应力的作用.由于由超 合金形成的部件成本相对较高，因此通常更希望的是对这些部件进行 修补而不是更换所述部件。作为对应措施，已经开发了钎焊技术以便 进行裂紋修补以及壁厚的堆焊，所述技术需要将钎焊合金填料金属放 置在需要进行修补的表面区域上，且随后在真空中将填料金属加热至 高于其熔点但低于表面基板熔点的温度，以便使熔化的填料金属湿化、 流动并填充受损区域。尽管广泛地用于制造和修补燃气涡轮发动机部件，但常规的钎焊 工艺存在值得注意的缺点。首先，整个部件必须受到真空热处理，所 述真空热处理在生产环境中是一种非常漫长的工艺、使得将部件的未 受损区域不必要地暴露于高温中、且可能潜在地使部件的其它部段中 的联接处产生再熔化。此外，钎焊合金中通常包括与部件的基底金属 相似的元素，但还添加了熔点抑制剂(例如硼、硅等)，所述熔点抑 制剂使所述钎焊合金的熔点降低至基底金属的固相线温度以下，由此 显著改变了其机械性质。已经研究出了微波钎焊作为用于消除这些问 题的一种潜在的候选技术，原因在于可对部件的选定区域进行局部化 加热。已经大体上提出了用于进行微波钎焊的两种方法。第一种方法需要利用衬托器(例如SiC封套)，所述村托器在暴露于微波能量中时受到加热并且通过辐射而进一步将热量传递至部件。该方法的缺点 在于无法仅对钎焊合金进行局部加热，原因是所述部件的整个区域不 可避免地受到加热，且沿远离预期钎焊处的方向由辐射产生了大量热 损失。第二种方法需要对金属粉末进行直接微波加热，所述金属粉末 与反射微波的块体金属相比显著地更易于吸收微波能量。然而，典型 的钎焊合金成分无法与微波能量充分耦合从而被熔化，结果使得钎焊 合金粉末反而被烧结且从而使得所述钎焊合金粉末的性质远差于部件 基底金属的性质。发明内容本发明主要提供了用于通过微波辐射对粉末材料进行加热从而使 得对所述粉末材料的加热具有选择性且足以导致颗粒完全熔化的工艺 方法。本发明特别有利于用于钎焊操作中，所述钎焊操作包括对表面 进行的涂覆、修补或堆焊以及表面的冶金联接。根据本发明的一个方面，提供了一种工艺方法，所述工艺方法大 体上需要提供一堆包括一定量的具有金属成分的填料颗粒的粉末。所 述粉末堆进一步包含与所述金属成分相比对于微波辐射的敏感性更高 的至少一种组分。所述粉末堆随后受到微波辐射以使得所述粉末堆内 的所述填料颗粒与所述微波辐射耦合且所述粉末堆内的所述至少 一种 组分优先与所述微波辐射耦合。所述至少一种组分所存在的量足以使 得所述填料颗粒在受到所述微波辐射的加热时完全熔化并且与所述至 少一种组分进行热接触。其后，所述微波辐射被中断或中止从而允许 所述粉末堆冷却、固化并形成固体钎焊处(solid brazement)。根据本发明的另一方面，提供了一种工艺方法，所述工艺方法大 体上需要提供一堆包括一定量的具有金属成分的填料颗粒的粉末，且温度增加但并不熔化，并且使所述填料颗粒的介电损耗系数产生不可 逆的增加。在停止所述预处理后，允许所述粉末堆进行冷却，其后所 述粉末堆受到微波辐射以使得所述粉末堆内的所述填料颗粒与所述微 波辐射耦合从而导致所述填料颗粒完全熔化。所述微波辐射随后被中 断或中止从而允许所述粉末堆冷却、固化并形成固体钎焊处。由上面的描述可以意识到，本发明的工艺方法可应用于多种需要 对粉末状材料进行加热的工艺中，例如涂层的形成包括通过钎焊对受 损表面进行的修补或堆焊以及对部件进行的冶金联接。由于加热是通 过微波辐射进行的，因此粉末颗粒的加热速率和熔化受到对微波辐射 的敏感性的影响而不是受到相对于热源或相对于所述粉末堆所接触的 任何表面的位置的影响。通过添加具有比所述填料颗粒更高的敏感性 的一种或多种组分和/或进行微波热预处理，可在所述粉末堆中引起对 微波辐射的更高的敏感性从而促进所述粉末堆及其颗粒产生完全且迅 速的熔化。本发明的该方面使得所述粉末堆能够在所述区域所接触的 表面熔化之前熔化。结果是，所述粉末颗粒可由具有与所述粉末堆所 接触的所述表面相同的熔化温度(例如在150°C的温度内)的合金形成。通过下列详细描述将更好地理解本发明的其它目的和优点。
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的介于一对基板之 间的一堆粉末颗粒，其中所述粉末堆包括填料金属颗粒和与所述填料 金属颗粒相比对于微波加热的敏感性更高的颗粒从而促进微波钎焊；图2示意性地示出了根据本发明的与图1所示的一堆粉末颗粒相 似但填充了基板的表面中的缺陷的一堆粉末颗粒；图3是示出了对在约1200。C的温度下暴露于微波辐射中的硅粉末进行的介电测量结果的曲线图，且该曲线图表明，与材料的微波耦合 4亍为的不可逆增加相对应地，粉末材料的tg S(tan delta)产生了不可
逆的增加；图4示意性地示出了根据本发明的一个实施例的位于基板上且根 据颗粒尺寸被布置以便对颗粒进行微波加热从而对基板进行涂覆、修 补或堆焊的一堆粉末颗粒；和图5示意性地示出了根据本发明的介于一对基板之间且与图4所 示相似地被布置以便促进对基板进行的微波钎焊的一堆粉末颗粒。
具体实施方式
下面将特别地结合对燃气涡轮发动机的部件进行的处理且特别是 利用钎焊材料对这种部件进行的制造和修补对本发明进行描述。然而， 本发明可应用于除了所讨论的那些方面以外的多种部件、材料和工艺， 且这些变型落入本发明的范围内。图1和图2示出了本发明的实施例，其中使用一致的附图标记表 示功能相似的结构。图1示意性地示出了填料金属颗粒12的堆体IO， 所述堆体介于要通过颗粒12进行冶金联接的两块基板14和24的相对 表面之间并与所述相对表面接触，且图2示意性地示出了位于基板l4 的表面中的缺陷内以便实现对表面进行修补的目的的填料金属颗粒l2 的堆体10。在图1和图2中，所示出的颗粒12被包含在粘合剂30内， 根据已公知的利用钎焊料膏进行的钎焊实施方式，所述粘合剂在钎焊 工艺过程中被烧掉，所述钎焊工艺优选是在惰性或低压气氛中实施的 以便使颗粒12和被颗粒12所结合的任何表面(例如基板14和24 )的 氧化最小化。基板14和24相结合地代表旨在通过钎焊联接在一起的 两个部件的表面区域，而图2所示的基板14可以是要通过钎焊进行修 补的燃气涡轮发动机部件的表面区域。基板14和24中的任一基板或 两块基板可由超合金形成，所述超合金的成分将取决于部件的特定类 型及其预期的运行条件，正如下面将要描述地，基板14和24还可能 采用多种其它金属和非金属材料，且因此落入本发明的范围内。粉末颗粒12可由多种材料形成，所述材料仅受到当颗粒12受到 微波辐射26时能够被加热并且所述颗粒在处于由微波辐射26所引起 的最高加热温度时可与基板14和24的材料相容的需求的限制。在受 到微波辐射时能够被加热的材料包括处于适当条件下的非导体和导 体。由于微波辐射具有变化的电场和磁场，因此，直接电加热在某些
材料中将是有效的，而其它材料将主要通过磁效应被加热(例如小的金属颗粒和球粒)。在基板14是待修补部件的表面区域或者基板14 和24是要进行冶金联接的部件的表面区域的本发明的实施例中，颗粒 12可由钎焊合金形成，所述钎焊合金可与基板14和24冶金相容。如 果颗粒12具有与基板14和24的成分恰好相同的成分，则确保了相容 性，尽管如此，如果颗粒12与基板14和24不具有在升高的温度下倾 向于产生有害的相互扩散的成分，则也可实现适当的相容性，所述相 互扩散将导致损失所需的机械或环境性质。填料金属颗粒12可以是包 含相当大量的一种或多种熔点抑制剂(如硼或硅)的常规钎焊合金、 具有例如涡轮应用中所利用类型的超合金或者基本成分是超合金且经 过改变从而包含了有限的一种或多种熔点抑制剂的添加物的合金。因 此，颗粒12可包含一种或多种熔点抑制剂，但所述抑制剂的水平优选 不会在如果相当大量的抑制剂在颗粒12的加热过程以及随后在基板14 和24的寿命期间扩散进入基板14和24内的情况下导致在基板14和24 中产生不可接受的性质损失。正如下面将要进行更详细地讨论地，并 非所有颗粒12都需要具有相同的成分，而是可将具有不同成分的颗粒 12结合起来以形成粉末堆10。根据本发明的一个优选方面，粉末堆10的成分适于显著增强通过 微波辐射26对颗粒12进行的加热和熔化。为了改进颗粒12在超出形 成所述颗粒的合金的熔点的情况下的微波辐射加热，采取了下列可选 方案中的一种或多种可选方案。第一种可选方案是将微波敏感性材料 添加到填料金属颗粒12中以便用作与微波辐射26耦合的原位耦合剂。 在理想状态下，这种材料在本质上是金属且允许在熔化时与填料金属 颗粒12的合金产生紧密混合从而使得在所得钎焊处(钎焊修补处或钎 焊联接处)中形成的不连续部分最小化，所述不连续部分将对所述钎 焊处的机械性质产生不利影响。笫二种可选方案是改变粉末堆10从而 包含在暴露于升高的温度时能够获得微波耦合行为的不可逆增加的一 种或多种材料，且随后在粉末堆10上实施热预处理从而不可逆地提高 材料对微波辐射的敏感性，这进一步确保了粉末堆10在钎焊工艺过程 中暴露于微波辐射26中时得到更好的加热。上述可选方案中的每种可 选方案可单独使用或相结合地使用，和/或进一步与通过利用具有多种 尺寸的颗粒12并且通过在多种混合和/或成层净支术中分布这种颗粒12 而加速和增强微波辐射26与颗粒12之间的联接的技术相结合，在相 关的序列号为No.(办案文档编号No. 197512-1}的美国专利申请中披 露了这种技术，所述专利申请中的与该技术相关的内容在此作为参考 被应用。最后，上述可选方案中的每种可选方案进一步地被认为受益 于在就要进行微波钎焊之前对基板14或基板14和24进行的预热，所 述预热增强了填料金属颗粒12对于微波辐射26的敏感性，由此增加 了颗粒12所吸收的能量并且有利于颗粒12的熔化。对于第一种可选方案而言，在所述可选方案中粉末堆10包含对于 微波辐射具有高敏感性且以粉末形式存在的优先与微波辐射耦合的一 种或多种材料，图1和图2示出了以与填料金属颗粒12混合的独立颗 粒32的形式存在的高敏感性材料。另一种可选方式是，可通过填料金 属颗粒12中的一些或所有填料金属颗粒的合金对高敏感性材料进行合 金化。适当的高敏感性材料必须不仅能够吸收微波能量，而且优选能 够在熔化时溶解在颗粒12的合金中，而不会在所得的修补处或联接处 中形成将会成为应力集中处的不均匀部分。此外，适当的材料必须具 有足以产生由微波辐射的磁场引发的涡电流的导电性，同时还具有能 够由所述涡电流产生焦耳加热的电阻水平。特别适当的材料被认为包 括，但不限于，硅、锗、镓、钴、铁、锌、钛、碳(例如碳纳米管或 细石墨粉末)、铝、钽、铌、铼、铪和钼。已公知的对于微波加热具 有高敏感性但对钎焊修补处或联接处具有潜在危害的某些材料例如陶 资材料如碳化硅(SiC)被认为在如果添加的量足够有限且均匀地分布 在整个所得的钎焊处的情况下在本发明中具有实用性。适当的高敏感 性材料的添加量可以是重量百分比达颗粒12的约50%且更优选为约1 至约25%。根据第二种可选方案，在进行钎焊之前，填料金属颗粒12受到热 预处理，例如在升高的温度下暴露于微波场中或者简单地通过利用任 何常规的加热技术进行加热。该方法的基础在于某些元素在暴露于足 够升高的温度下时其微波耦合行为获得不可逆的增加。正如下面将要 进行讨论地，图3是示出了对于在约1200°C的温度下暴露于微波辐射 中的硅粉末进行的介电测量结果的曲线图。图中的数据表明，介电损 耗角(*)的正切tg 5的大小不可逆地增加了两个数量级(即100x)。 tg S乘以材料的介电常数(k)产生了介电损耗系数，且因此成为介电
损耗(受到变化的电场作用的介电材料的电能转变成热量的转变速率)的量度。因此，tg s是对材料将电磁(例如微波)能转化成热量的效 率进行量化的有效量度。基于图3所示的数据，如果硅粉末随后暴露 于微波辐射中，则所述硅粉末将预期呈现出增强了约100倍的耦合性， 从而导致具有包含硅或与硅相互混合的填料金属颗粒12的粉末受到显 著更好地加热。对于包含总量为约1%至约50%的重量百分比的上述其 它高敏感性材料中的任一种材料或多种材料的粉末堆10而言，相信可 以获得相似的结果。该方法的适当实施方式是，在颗粒12与粘合剂30 混合或将所得粉末堆10施加到要进行钎焊的一个或多个表面上之前， 对可选地包含一种或多种高敏感性材料或与所述材料相互混合的填料 金属颗粒12的粉末进行预处理。由于块体金属如基板14和24倾向于反射微波辐射，因此本发明 的该方法使得可能利用具有与基板14/24恰好相同的成分的合金以及 具有与基板14/24相同的熔点或甚至比所述基板更高的熔点的合金对 超合金基板14和/或24进行钎焊。例如，镍基超合金部件可通过具有 相同的镍基超合金成分的钎焊材料或者通过另 一镍基合金，换句话说， 通过具有与基板14/24的基底金属相同的基底金属的合金而被联接或 修补。通过这种方式，即使无法完全避免，也可基本上避免基板14/24 由于与钎焊材料相互扩散而产生性质的降级。就对由熔点高于基板 14/24的熔点的合金形成的颗粒12进行熔化的能力而言，应该意识到 本申请中所使用的术语"钎焊"不限于常规的在低于被联接金属的熔 点的温度下实施的联接操作。如上所述，相关的序列号为No.(办案文档编号No. 197512-1}的 美国专利申请披露了一种可通过适当地选择颗粒的尺寸和尺寸分布而在粉末堆(例如图1和图2所示的粉末堆10)与微波辐射之间实现增 强的相互作用从而促进粉末堆的加热的技术。特别地，如图4和图5 所示，序列号为No.(办案文档编号No. 197512-1}的美国专利申请披 露了根据颗粒尺寸将颗粒12布置在粉末堆10内从而使得颗粒12从最 小颗粒22到最大颗粒16被循序渐进地布置在粉末堆10内。已知的是， 具有极细粉末尺寸的材料的敏感性的磁损耗分量取决于例如微波功率 和频率(例如对于在约1 kW的功率下的10 nm的钴颗粒而言，频率为 约3 GHz)的因素。相反地，对于给定的微波功率和频率而言，微波与
单独的金属或合金之间的相互作用在颗粒尺寸不同的情况下将是最适宜的，对于常规的微波条件(频率为约2.45GHz且功率为约1至约10kW) 而言，所述颗粒尺寸通常处于几十纳米的数量级。高于或低于该尺寸 的颗粒尺寸将不会与微波辐射形成这样好的耦合。在上文所述的基础上，本发明的可选方面是形成具有适当的填料 金属成分且具有多种不同颗粒尺寸的粉末颗粒12、通过上述高敏感性 材料中的一种或多种材料对颗粒12进行合金化和/或使颗粒12与上述 高敏感性材料中的一种或多种材料混合、并且以如图4和图5所示的 循序渐进成层或分级的方式布置颗粒12 (和32，如果存在的话)。在 图4中，示出了一种用于对基板14进行钎焊修补的技术，最细的粉末 颗粒22形成了粉末堆10的最外层，且逐渐粗化的粉末20、 18、 16位 于最细颗粒22的外层下面的相继的层中，以使得最大的颗粒16邻近 并接触基板14。在图5中，示出了两块基板14与24的联接操作，最 细的粉末颗粒22位于粉末堆10的内部区域内，且逐渐粗化的粉末20、 18、 16位于朝向粉末堆10的外部排列的相继的层中，以使得最大的颗 粒16邻近并接触基板14和24。通过形成粉末堆IO使其具有如图4和 图5所示的循序渐进的颗粒尺寸分布，粉末堆10与微波能量26循序 渐进地耦合，其中最小的颗粒22首先且最易于与微波能量26耦合从 而以更快的速率受到微波能量26的加热，且最大的颗粒16最后且最 不易于与微波能量26耦合从而以相对更慢的速率受到微波能量的加 热，从而导致沿循图4和图5的箭头所示的颗粒尺寸的渐进顺序进行 循序渐进地加热或定向加热。起初，最小的颗粒22优先易于受到微波 辐射26的作用而达到熔点，且随后当更粗的颗粒层16、 18和20的温 度由于与每个相继的更热的层接触而升高时对这些层进行活化。如果与本发明的第二种方法结合，则该技术可进一步增强通过由具有与基 板14/24恰好相同的成分的合金以及具有与基板14/24相同的熔点或 比所述基板甚至更高的熔点的合金形成的填料金属颗粒12对基板14 和/或24进行微波钎焊的能力。该加热机理利用了机械粉末比反射微波辐射的块体金属显著地更 易于受到微波加热以及材料对于微波辐射的敏感性随着温度的升高而 增加的事实。通过使具有足够小的尺寸的颗粒12 (例如颗粒22)局部 化而与所施加的微波能量26有效耦合，可在颗粒22中开始进行完全
的熔化，且微波能量26与所得的熔化颗粒相结合从而导致邻近的且略 大的颗粒(例如颗粒20)完全熔化，且该工艺定向地朝向最大的颗粒 16循序渐进地推进并通过粉末堆10。通过这种方法，最小的颗粒22 的分数可以是介于0至100%之间的任何百分比。 一般说来，如果利用 上面提到的常规微波条件，则认为最大颗粒16的最大尺寸优选处于约 100目(约150微米)的数量级，而最小颗粒22的最小尺寸可小到纳 米级尺寸，例如小于100纳米，例如处于约IO纳米的数量级。为了进一步改进颗粒-微波的相互作用，基板14和/或24可在受 到微波钎焊之前被预热从而增强填料金属颗粒12对微波加热的敏感性 并由此有利于颗粒12的熔化。可通过任何适当方式实施预热，例如通 过常规的辐射或感应方法，通过利用当暴露于微波辐射中时将加热至 极高温度的衬托器(例如SiC)介质，或通过美国专利No. 6, 870, 124 中所述的微波诱导等离子体。根据被用作颗粒12的材料，最低预热温 度被认为是约250。C，更优选为约400。C，从而对颗粒-微波的相互作用产生显著影响，且最高温度受到避免在基板l4和24中产生任何微结 构改变这一需要的限制。尽管特别针对的是包括联接或修补超合金的工艺，但本发明还可 应用于其它金属合金系统。非金属系统也可以上述方式与填料金属颗 粒12结合，只要被修补或结合的非金属基板包含一种或多种反应性元 素如钛、铪、锆等即可，正如对陶瓷材料进行的常规活性金属钎焊(AMB ) 中出现的情况那样。反应性元素在颗粒12中的适当的组合水平被认为 达到颗粒12的约10%的重量百分比。微波辐射优选在多模态腔体中被施加到粉末堆10上，所述多模态 腔体在本领域中已知地提供了不会形成驻波而是提供了具有均匀幅值 的磁分量和电分量的微波场。另一种可选方式是，可利用单模态腔体， 在所述情况下，驻波或行波进行传播，从而使得在一定程度上能够微 波场的电分量和磁分量的相对幅值。尽管本发明可利用宽范围的微波 频率，但法规规程通常促使或限制本发明在通常可得的频率如2. 45 GHz 和915 MHz的频率下实施，且前者被i人为是优选的频率。然而，应该 理解，就技术方面而言，其它频率也是能够利用的。利用更低频率的 优点在于，相关联的波长越大，所述波长可能更好地适于更高功率的 传输或对更大的部件进行的加工。适当的微波功率水平将取决于颗粒12 的尺寸和成分，但通常被认为处于约1 kW至约10 kW的范围内，但更 低和更高的功率水平也是可以预知的。通过上面的描述可以意识到，本发明使得能够通过填料金属颗粒 12进行微波钎焊，所述填料金属颗粒不需要熔点抑制剂且可在不利用 次级非直接热源如外部SiC村托器的情况下完全熔化。而旨在用于钎 焊操作的常规填料金属粉末倾向于仅吸收有限量的微波能量，所述有 限量的微波能量不足以使粉末颗粒完全熔化，特别是如果在修补涡轮喷嘴的表面中的裂紋时仅施加少量的粉末的情况下更是如此，通过本 发明而在微波辐射26与填料金属颗粒12之间实现的改进的相互作用 使得能够对颗粒12进行快得多的加热且降低了实施钎焊操作所需的功 率和能量的量。更低的功率需求还降低了在微波室中形成电弧的风险， 所述形成电弧的现象倾向于是由于当将高功率微波场引导到金属本体 上时产生的气体电离而发生的并导致加热的去耦和停止且对部件产生 潜在的损害。在导致实现本发明的研究中，在多模微波腔体中实施微波加热实 验。在第一实验中，易于通过分别处于约2.45 GHz的频率和约1 kW 的功率水平下的微波辐射使约25g的被筛至-325目(小于约45微米) 的硅粉末熔化。在笫二实验中，处于相同频率和功率水平下的微波辐 射被施加到约25g的镍粉末、约25g的铬粉末和约25g的已知钎焊合 金(Ni430:Ni-19Cr-10Si )粉末上，每种所述粉末都已被筛至-325目(小于约45微米)。这使得实现了对粉末的显著加热，但并未发生熔 化。图3是示出了在硅粉末上实施的介电性质测量结果的曲线图，所 述图表明损耗系数(tgS)的大小出现了前面所述的约两个数量级(约 100x)的不可逆增加。如果这些粉末受到微波辐射加热，则这种增加 将具有显著促进这些粉末的加热的效应。在利用相同的多模微波腔体的另一实验中，约5克的纳米级尺寸 的镍粉末和约25g的被筛至-325目的镍粉末受到处于约2.45GHz的频 率和约1 kW的功率水平下的微波辐射。对于更细的镍粉末而言获得了 约1140。C (约2085°F )的最高温度，而更粗的镍粉末仅获得了约817。C(约1500。F)的温度，这表明更细的粉末颗粒对于微波辐射的加热更 为敏感。尽管已经结合特定实施例对本发明进行了描述，但应该理解本
领域的技术人员也可采用其它形式。因此，本发明的范围仅受到下面 的权利要求书的限制。10粉末堆 12颗粒 14基板 16颗粒 18颗粒 20颗粒 22颗粒 24基板 26微波辐射 30粘合剂 32颗粒
权利要求
1、一种钎焊方法，所述钎焊方法包括提供包括一定量的具有金属成分的填料颗粒(12)的至少第一粉末的粉末堆(10)，所述粉末堆(10)进一步包含与所述金属成分相比对于微波辐射的敏感性更高的至少一种组分；使所述粉末堆(10)受到微波辐射(26)以使得所述粉末堆(10)内的所述填料颗粒(12)与所述微波辐射(26)耦合且所述粉末堆(10)内的所述至少一种组分优先与所述微波辐射(26)耦合，其中所述至少一种组分在所述粉末堆(10)中所存在的量足以使得所述填料颗粒(12)在受到所述微波辐射的加热时完全熔化并且与所述至少一种组分进行热接触；并且随后中断所述微波辐射(26)并允许所述粉末堆(10)冷却、固化并形成固体钎焊处。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述受到微波辐射的步骤之前对所述粉末堆(10)进行热预处理以使得所述粉末堆(10)内的 所述填料颗粒(12)的温度增加但并不熔化，并且使所述填料颗粒的 介电损耗系数产生不可逆的增加；并且随后中断所述预处理以便允许所述粉末堆(10)进行冷却。
3、 一种钎焊方法，所述钎焊方法包括提供包括一定量的具有金属成分的填料颗粒(12)的至少第一粉 末的粉末堆(10);对所述粉末堆(10)进行热预处理以使得所述粉末堆(10)内的 所述填料颗粒(12)的温度增加但并不熔化，并且使所述填料颗粒的 介电损耗系数产生不可逆的增加；中断所述热预处理以便允许所述粉末堆(10)进行冷却；使所述粉末堆(10)受到微波辐射(26)以使得所述粉末堆(10) 内的所述填料颗粒(12)与所述微波辐射(26)耦合从而导致所述填 料颗粒(l2)完全熔化；并且随后中断所述微波辐射(26)并允许所述粉末堆(10)冷却、固化并 形成固体钎焊处。
4、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述粉末堆(10) 进一步包含与所述金属成分相比对于微波辐射的敏感性更高的至少一种组分，且在所述受到微波辐射的步骤中，所述粉末堆(10)内的所 述至少一种组分优先与所述微波辐射(26)耦合，从而促进所述填料 颗粒(12)在所述受到微波辐射过程中产生的熔化。
5、 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，进一步包括在进行 所述受到辐射的步骤之前对所述基板(14)进行充分预热的步骤以便 提高所述填料颗粒(12)对微波加热的敏感性并且有利于所述填料颗 粒的熔化。
6、 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述 第一粉末被布置在基板(14)上，且由于所述颗粒(12)的熔化以及 所述粉末堆(10)的冷却而形成所述钎焊处，从而导致所述钎焊处冶 金地结合到所述基板(14)上而在所述基板(14)上形成修补区域。
7、 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述 第一粉末被布置在第一基板(14)上，且由于所述颗粒(l2)的熔化 以及所述粉末堆(10)的冷却而形成所述钎焊处，从而导致所述钎焊 处将所述第一基板(14)冶金地结合到第二基板(24)上。
8、 根据权利要求6和7中任一项所述的方法，其特征在于，所述 基板(14)和所述颗粒(12)的所述金属成分具有大体上相同的熔化 温度。
9、 根据权利要求1、 2和4至8中任一项所述的方法，其特征在 于，所述至少一种组分选自包括硅、锗、镓、钴、铁、锌、钛、碳、 铝、钽、铌、铼、铪和钼的组群。
10、 根据权利要求1、 2和4至9中任一项所述的方法，其特征在 于，所述粉末堆(10)包含重量百分比达50%的所述至少一种组分。
全文摘要
一种用于通过微波辐射对粉末材料进行加热从而使得对所述粉末材料的加热具有选择性且足以导致颗粒完全熔化的方法。所述方法需要提供粉末堆(10)，所述粉末堆包括一定量的金属成分的填料颗粒(12)，并且使所述粉末堆(10)受到微波辐射(26)以使得所述粉末堆(10)内的所述填料颗粒(12)与所述微波辐射(26)产生耦合并被完全熔化。根据一个方面，所述粉末堆(10)进一步包含与所述填料颗粒(12)相比对于微波辐射的敏感性更高的至少一种组分(32)，且所述填料颗粒(12)由于受到微波辐射(26)的加热而被熔化且与所述至少一种组分(32)产生热接触。根据另一方面，所述粉末堆(10)在受到微波辐照(26)作用而发生熔化之前受到热预处理从而导致其介电损耗系数产生不可逆的增加。
文档编号B23K1/005GK101147993SQ20071015433
公开日2008年3月26日 申请日期2007年9月21日 优先权日2006年9月21日
发明者D·E·布丁格, H·S·舒尔曼, L·克雷特尼, M·L·福尔, S·M·艾伦, V·B·尼古莱斯 申请人:通用电气公司