用于阴极的钨钴焊料的制备方法和钎焊组件的制备方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于阴极的钨钴焊料的制备方法和钎焊组件的制备方法及其应用。该制备方法包括：将钨粉和钴粉进行还原；将还原后的钨粉和钴粉的混合物进行研磨，得到钨钴焊料；其中，所述钨粉与所述钴粉的重量比为1:2-5。本发明还提供了一种钎焊组件的制备方法及其在阴极组件中的应用。本发明通过将钨粉和钴粉进行高温还原提高钨粉和钴粉的纯度，并将一定比例的还原后的钨粉和钴粉的混合物进行研磨，从而大大降低了其颗粒大小，提高了其均匀性，同时，通过将还原后的钨粉和钴粉的混合物控制在一定的比例，能够防止在焊接的过程中阴极活性物质的析出，从而增加了阴极基体的稳定性。
【专利说明】用于阴极的钨钴焊料的制备方法和钎焊组件的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于阴极的钨钴焊料的制备方法和钎焊组件的制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002]现有技术中，大尺寸的行波管阴极基体通常是通过将难熔金属粉末冲压制成圆柱状，再经高温烧结、浸盐、两次车加工和钎焊工序处理制成。在此生产工艺中，钨海绵体与支撑它的钥筒之间的焊接是完成阴极基体制备中必不可少的工序。传统的焊接工艺有阴极电子束焊和激光束焊，但经常会出现保护气体使用不当从而造成钥筒龟裂、发脆，进而造成脱落，同时在焊接过程中要求被焊钨海绵体与钥筒之间保持紧密配合，否则易造成钥筒首先熔化收缩，导致无法焊牢，并且易造成焊接后也难以保证钨海绵体与钥筒处处紧密贴实，尽管二者表面上看起来已焊接牢固。上述各种原因均会造成因焊接不当导致阴极基体成品率较低。为了弥补这些缺点，通过在被焊母体之间的缝隙处填充焊料进行钎焊，以此减小零件匹配公差，从而满足大尺寸行波管阴极发展的要求。
[0003]在钨海绵体与支撑它的钥筒之间填充焊料时，由于焊接缝隙大小不均匀，从而会导致在钎焊时焊缝虹吸作用不均匀，采用常规的焊料制备方法制备的焊料会导致在钎焊时焊料不能完全流入焊缝里，使得焊料在钨海绵体端面和钥筒侧壁上形成肌瘤，导致焊料附着力差，从而使得焊缝内出现砂眼，甚至出现钥筒从钨海绵体上脱落等现象，影响钎焊质量。
[0004]因此，需要一种钎焊均匀性好，材料流淌性好，钎焊强度高的用于阴极的钨钴焊料的制备方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术制备的钎焊材料均匀性不佳、流淌性不够、钎焊强度差的特点，提供一种钎焊均匀性好，材料流淌性好，钎焊强度高的用于阴极的钨钴焊料的制备方法，以及使用该钨钴焊料的钎焊组件的制备方法和应用。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供一种用于阴极的钨钴焊料的制备方法，其中，该方法包括:
[0007]( I)将钨粉和钴粉进行还原；
[0008](2)将还原后的钨粉和钴粉的混合物进行研磨，得到钨钴焊料；
[0009]其中，所述钨粉与所述钴粉的重量比为1:2-5。
[0010]本发明还提供了一种钎焊组件的制备方法，其中，该方法包括以下工序:
[0011](I)通过上述的方法制备钨钴焊料的工序；
[0012](2)将钥筒9固定于钨海绵体10上，并将所述钨钴焊料填充至所述钥筒9内壁与所述钨海绵体10凹陷的边部形成的焊料槽11中，形成组装件的工序；[0013](3)将所述组装件进行加热后冷却，得到钎焊组件的工序。
[0014]本发明还提供了上述制备方法制备的钨钴焊料在阴极基体中的应用。
[0015]本发明通过将钨粉和钴粉进行高温还原提高钨粉和钴粉的纯度，并将一定比例的还原后的钨粉和钴粉的混合物进行研磨，从而大大降低了其颗粒大小，提高了其均匀性，同时，通过将还原后的钨粉和钴粉的混合物控制在一定的比例，能够防止在焊接的过程中阴极活性物质的析出，从而增加了阴极基体的稳定性。
[0016]本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0018]图1表示用于 对本发明的还原后的钨粉和钴粉的混合物进行研磨的装置的示意图；
[0019]图2表示本发明提供的用于制备钎焊组件的组装件的示意图。
[0020]附图标记说明
[0021]1-第一玛瑙球2-第二玛瑙球
[0022]3-玛瑙罐 4-第一盖子
[0023]5-第二盖子 6-外罩
[0024]7-固定螺栓 8-螺帽
[0025]9-钥筒10-钨海绵体
[0026]11-焊料槽。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0028]本发明提供了一种用于阴极的钨钴焊料的制备方法，其中，该方法包括:
[0029]( I)将鹤粉和钻粉进彳丁还原；
[0030](2)将还原后的钨粉和钴粉的混合物进行研磨，得到钨钴焊料；
[0031]其中，所述钨粉与所述钴粉的重量比为1:2-5。
[0032]在本发明中，为了能够更有效地防止在焊接的过程中阴极活性物质的析出，优选所述钨粉与所述钴粉的重量比为1:2.5-4.5 ;更优选为1:3-4。
[0033]在本发明中，为了使钨粉和钴粉的还原反应更为彻底，使得到的钨粉和钴粉的纯度更高，在步骤(1)中，将钨粉和钴粉进行还原的方法可以为下述的方法A或方法B。
[0034]方法A:在氢气氛围下，分别将钨粉和钴粉进行热处理。
[0035]方法B:在氢气氛围下，将钨粉和钴粉的混合物进行热处理。
[0036]在使用所述方法A进行热处理时，所述热处理为分别将钨粉和钴粉以40-180°C /min的升温速度升温至700-1050°C，并在该温度下保温30min_lh ;优选地，所述热处理为分别将钨粉和钴粉以65-120°C /min的升温速度升温至780_960°C，并在该温度下保温35-45min。[0037]在使用所述方法B进行热处理时，所述热处理为将钨粉和钴粉的混合物以40-1800C /min的升温速度升温至700-1050°C，并在该温度下保温30min_lh ;优选地，所述热处理为将钨粉和钴粉的混合物以65-120°C /min的升温速度升温至780_960°C，并在该温度下保温35-45min。
[0038]在本发明中，为了达到更好的反应效果，最优化地增加钨粉和钴粉与氢气的接触面积，优选所述热处理为将钨粉和钴粉分别置于钥碗中，将钥碗置于干燥瓶中，且将干燥瓶置于钥管氢气炉中进行热处理；或者将钨粉和钴粉的混合物置于钥碗中，将钥碗置于干燥瓶中，且将干燥瓶置于钥管氢气炉中进行热处理；
[0039]此外，为了更好地保证钨粉和钴粉与氢气的接触面积，其中，以钥碗的容量为100体积份，所述钨粉和/或钴粉的用量为1-67体积份；优选地，以钥碗的容量为100体积份，所述钨粉和/或钴粉的用量为20-50体积份。
[0040]在此，“以钥碗的容量为100体积份，所述钨粉和/或钴粉的用量为1-67体积份”是指:当将钨粉和钴粉分别置于钥碗中进行热处理时，以钥碗的容量为100体积份，所述钨粉或钴粉的用量为1-67体积份；当将钨粉和钴粉的混合物置于钥碗中进行热处理时，所述钨粉和钴粉的混合物的用量为1-67体积份。
[0041]在本发明中，所述研磨可以采用本领域的所公知的各种方法进行。为了使研磨后的混合物颗粒更为均匀，在钎焊过程中流淌性更好，所述研磨优选按照以下方法进行:
[0042](I)将还原后的钨粉和钴粉的混合物放置于含有玛瑙球的玛瑙罐3中；
[0043](2)将放置有钨粉和钴粉混合物的玛瑙罐3进行密封；
[0044](3)将密封后的玛瑙罐3进行旋转研磨。
[0045]在本发明中，为了使研磨效果更好，优选地，所述玛瑙球包括20-40个直径为10-20mm的第一玛瑙球I和30-50个直径为5_15mm的第二玛瑙球2。
[0046]为了保证在达到所需的研磨效果的前提下，能更高地提升研磨效率，在上述步骤
(3)中，所述旋转研磨在球磨机中进行,所述球磨机的转速设置为60-120转/分钟,球磨40-80分钟；优选地，所述球磨机的转速设置为80-100转/分钟，球磨50-65分钟。
[0047]本发明还提供了一种钎焊组件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下工序:
[0048]( I)通过上述的方法制备钨钴焊料的工序；
[0049](2)将钥筒9固定于钨海绵体10上，并将所述钨钴焊料填充至所述钥筒9内壁与所述钨海绵体10凹陷的边部形成的焊料槽11中，形成组装件的工序；
[0050](3)将所述组装件进行加热后冷却，得到钎焊组件的工序。
[0051]在本发明中，如图2所示，所述钥筒9为圆筒状结构；所述钨海绵体10为三级台阶状圆柱体结构。以所述钨海绵体底端为第一级圆柱体台阶，依次往上分别为第二级圆柱体台阶和第三级圆柱体台阶(所述第一级台阶、所述第二级台阶与所述第三级台阶的直径比为1:0.6-0.9:0.5-0.75，所述第一级台阶、所述第二级台阶与所述第三级台阶的高度比为1:1.2-2:0.2-0.5)，圆柱体台阶从下往上直径依次递减，所述钨海绵体10的第二级圆柱体台阶的外周壁与所述钥筒9的内周壁紧贴，形成所述凹陷。所述第一级圆柱体台阶顶面与所述钥筒9底面有间隙。
[0052]为了避免过量的钨钴焊料对钎焊组件的污染，优选地，该方法还包括，在步骤(2)中，用磁针清理焊料槽11外的钨钴焊料。[0053]在本发明中，所述加热和冷却优选在钥管氢气炉中进行。为了有效地保证钎焊组件的合格率，优选地，所述加热包括第一升温段和第二升温段，所述第一升温段以80-120 0C /min的升温速度升温至1200-1600°C，保温0.5-1.5min，所述第二升温段以30-500C /min的升温速度升温至1500-1720°C，保温5_25s。所述冷却包括第一降温段和第二降温段，所述第一降温段以30-50°C /min的降温速度降温至1120_1450°C，所述第二降温段以80-120°C /min的降温速度降温至15_35°C后并保持10_15min。
[0054]本发明还提供了一种由上述方法制备的钨钴焊料在阴极基体中的应用。
[0055]下面通过实施例对本发明进行详细地说明，但本发明并不仅限于下述实施例。
[0056]在本发明的制备例中，所述钨粉和钴粉均为市售纯度为99.9%，粒径范围为3-5 μ m0
[0057]在本发明的制备例中，还原后的钨粉和钴粉的混合物放置在图1所示的装置中进行研磨。
[0058]制备例I
[0059]将钨粉和钴粉分别平铺于钥碗中，且占到钥碗容积的1/3，将盛有钨粉和钴粉的钥碗通过干燥瓶转移至钥管氢气炉中，所述钥管氢气炉以65°C /min的升温速度匀速升温12min至780°C，在干燥氢气的环境下于钥管氢气炉中进行35min的高温还原反应；按1:3的比例称取上述步骤中得到的钨粉和钴粉；将称量好的钨粉和钴粉混合后放置于含有30个直径为15mm的玛瑙球I和40个直径为IOmm的玛瑙球2的玛瑙罐3中；将所述盛有钨粉和钴粉混合物的玛瑙罐3盖上第一盖子4后，放入外罩6中，再旋紧第二盖子5，用改锥将固定螺栓7旋紧，再用扳手将固定螺栓7上的螺帽8旋紧，对玛瑙罐3进行密封；将密封后的玛瑙罐3置于转速为80转/分钟的球磨机中旋转50分钟研磨，得到钨钴焊料。
[0060]制备例2
[0061]将钨粉和钴粉分别平铺于钥碗中，且占到钥碗容积的1/2，将盛有钨粉和钴粉的钥碗通过干燥瓶转移至钥管氢气炉中，所述钥管氢气炉以88°C /min的升温速度匀速升温IOmin至880°C，在干燥氢气的环境下于钥管氢气炉中进行40min的高温还原反应；按1:3.5的比例称取上述步骤中得到的钨粉和钴粉；将称量好的钨粉和钴粉混合后放置于含有30个直径为15mm的玛瑙球I和40个直径为IOmm的玛瑙球2的玛瑙罐3中；将所述盛有钨粉和钴粉混合物的玛瑙罐3盖上第一盖子4后，放入外罩6中，再旋紧第二盖子5，用改锥将固定螺栓7旋紧，再用扳手将固定螺栓7上的螺帽8旋紧，对玛瑙罐3进行密封；将密封后的玛瑙罐3置于转速为90转/分钟的球磨机中旋转60分钟研磨，得到钨钴焊料。
[0062]制备例3
[0063]将钨粉和钴粉的混合物平铺于钥碗中，且占到钥碗容积的2/3，将盛有钨粉和钴粉的钥碗通过干燥瓶转移至钥管氢气炉中，所述钥管氢气炉以120°C /min的升温速度匀速升温Smin至960°C，在干燥氢气的环境下于钥管氢气炉中进行40min的高温还原反应；按1:4的比例称取上述步骤中得到的钨粉和钴粉；将称量好的钨粉和钴粉混合后放置于含有30个直径为15mm的玛瑙球I和40个直径为IOmm的玛瑙球2的玛瑙罐3中；将所述盛有钨粉和钴粉混合物的玛瑙罐3盖上第一盖子4后，放入外罩6中，再旋紧第二盖子5，用改锥将固定螺栓7旋紧，再用扳手将固定螺栓7上的螺帽8旋紧，对玛瑙罐3进行密封；将密封后的玛瑙罐置于转速为100转/分钟的球磨机中旋转65分钟研磨，得到钨钴焊料。[0064]实施例1
[0065]按照下述方法制备100个钎焊组件。
[0066]将钥筒9固定于钨海绵体10上；将制备例I中制得的钨钴焊料填充至所述钥筒9内壁与所述钨海绵体10凹陷的边部形成的焊料槽11中，并用磁针清理掉焊料槽11外的钨钴焊料，形成组装件；将所述组装件送入钥管氢气炉中以80°C /min的升温速度匀速升温20min至1600°C，保温0.5min后，再以30°C /min的升温速度匀速升温4min至1720°C，保温5s ;以30°C /min的降温速率匀速降温20min至1120°C，再以80°C /min的降温速率继续匀速降温12.5min至20°C后保持15min后取出，得到钎焊组件。
[0067]实施例2
[0068]按照下述方法制备100个钎焊组件。
[0069]将钥筒9固定于钨海绵体10上；将制备例I中制得的钨钴焊料填充至所述钥筒9内壁与所述钨海绵体10凹陷的边部形成的焊料槽11中，并用磁针清理掉焊料槽11外的钨钴焊料，形成组装件；将所述组装件送入钥管氢气炉中以100°c /min的升温速度匀速升温14min至1400°C,保温Imin后，再以40°C /min的升温速度勻速升温5min至1600°C,保温15s ;以40°C /min的降温速度勻速降温8min至1280°C,再以100°C /min的降温速度继续匀速降温12.5min至20°C后保持12min后取出，得到钎焊组件。
[0070]实施例3
[0071]按照下述方法制备100个钎焊组件。
[0072]将钥筒9固定于钨海绵体10上；将制备例I中制得的钨钴焊料填充至所述钥筒9内壁与所述钨海绵体10凹陷的边部形成的焊料槽11中，并用磁针清理掉焊料槽11外的钨钴焊料，形成组装件；将所述组装件送入钥管氢气炉中以120°C /min的升温速度匀速升温IOmin至1200°C，保温1.5min后，再以50°C /min的升温速度匀速升温6min至1500°C，保温25s ;以50°C /min的降温速度匀速降温2min至1400°C，再以120°C /min的降温速度继续匀速降温11.5min至20°C后保持IOmin后取出，得到钎焊组件。
[0073]实施例4
[0074]根据实施例1的实施方式进行制备，不同的是，本实施例中钨钴焊料采用的是制备例2中制得的钨钴焊料。
[0075]实施例5
[0076]根据实施例2的实施方式进行制备，不同的是，本实施例中钨钴焊料采用的是制备例2中制得的钨钴焊料。
[0077]实施例6
[0078]根据实施例3的实施方式进行制备，不同的是，本实施例中钨钴焊料采用的是制备例2中制得的钨钴焊料。
[0079]实施例7
[0080]根据实施例1的实施方式进行制备，不同的是，本实施例中钨钴焊料采用的是制备例3中制得的钨钴焊料。
[0081]实施例8
[0082]根据实施例2的实施方式进行制备，不同的是，本实施例中钨钴焊料采用的是制备例3中制得的钨钴焊料。[0083]实施例9
[0084]根据实施例3的实施方式进行制备，不同的是，本实施例中钨钴焊料采用的是制
备例3中制得的钨钴焊料。
[0085]对比例I
[0086]按照实施例5的实施方式进行制备，不同的是，所用的钨钴焊料中钨粉和钴粉的
比例不同，所述钨粉与钴粉的比例为1:1.5。
[0087]对比例2
[0088]按照实施例5的实施方式进行制备，不同的是，所用的钨钴焊料中钨粉和钴粉的
比例不同，所述钨粉与钴粉的比例为1:6。
[0089]测试例I
[0090]将实施例1-9和对比例1、2中制得的钎焊组件置于放大倍数为16倍的显微镜下
进行观察，将观察情况作如下规定:
[0091]等级1:焊接状况优异，显微镜下观察无砂眼，焊料未从端部透出；
[0092]等级2:焊接状况良好，显微镜下观察无明显砂眼，焊料从钥筒端部有少量析出但
未从钨海绵体端部析出
[0093]等级3:焊接状况不佳，显微镜观察下明显有砂眼，钨海绵体端部有焊料析出。
[0094]其中，等级I和等级2为钎焊合格，等级3为钎焊不合格。
[0095]得到的钎焊合格率检测结果如表1所示:
[0096]表1:
[0097]
【权利要求】
1.一种用于阴极的钨钴焊料的制备方法，其特征在于，该方法包括: (1)将钨粉和钴粉进行还原； (2)将还原后的钨粉和钴粉的混合物进行研磨，得到钨钴焊料； 其中，所述钨粉与所述钴粉的重量比为1:2-5。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述钨粉与所述钴粉的重量比为1:2.5-4.5 ;优选为1:3-4。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，将钨粉和钴粉进行还原的方法为:在氢气氛围下，分别将钨粉和钴粉进行热处理；或者在氢气氛围下，将钨粉和钴粉的混合物进行热处理；且 所述热处理为将钨粉和钴粉以40-180°C /min的升温速度升温至700-1050°C，并在该温度下保温30min-60min ； 优选地，所述热处理为将钨粉和钴粉以65-120°C /min的升温速度升温至780_960°C，并在该温度下保温35-45min。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述热处理为:将钨粉和钴粉分别置于钥碗中，将钥碗置于干燥瓶中，且将干燥瓶置于钥管氢气炉中进行热处理；或者将钨粉和钴粉的混合物置于钥碗中，将钥碗置于干燥瓶中，且将干燥瓶置于钥管氢气炉中进行热处理；其中， 以钥碗的容量为100体积份，所述钨粉和/或钴粉的用量为1-67体积份；优选地，以钥碗的容量为100体积份，所述钨粉和/或钴粉的用量为20-50体积份。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述研磨的方法包括: (1)将还原后的钨粉和钴粉的混合物放置于含有玛瑙球的玛瑙罐(3)中； (2)将放置有钨粉和钴粉混合物的玛瑙罐(3)进行密封； (3)将密封后的玛瑙罐(3)进行旋转研磨。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述玛瑙球包括20-40个直径为10-20mm的第一玛瑙球(I)和30-50个直径为5_15mm的第二玛瑙球(2)； 在步骤(3)中，所述旋转研磨在球磨机中进行，所述球磨机的转速设置为60-120转/分钟,球磨40-80分钟； 优选地，所述球磨机的转速设置为80-100转/分钟，球磨50-65分钟。
7.一种钎焊组件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下工序: (1)通过上述的方法制备钨钴焊料的工序； (2)将钥筒(9)固定于钨海绵体(10)上，并将所述钨钴焊料填充至所述钥筒(9)内壁与所述钨海绵体(10)凹陷的边部形成的焊料槽(11)中，形成组装件的工序； (3 )将所述组装件进行加热后冷却，得到钎焊组件的工序。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，该方法还包括，在步骤(2)中，用磁针清理焊料槽(11)外的钨钴焊料。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，在步骤(3)中，所述加热和冷却在钥管氢气炉中进行；所述加热包括第一升温段和第二升温段，所述第一升温段以80-120°C /min的升温速度升温至1200-1600°C，保温0.5-1.5min,所述第二升温段以30_50°C /min的升温速度升温至 1500-1720°C，保温 5-25s ； 所述冷却包括第一降温段和第二降温段，所述第一降温段以30-50°C /min的降温速度降温至1120-1450°C，所述第二降温段以80-120°C /min的降温速度降温至15_35°C后并保持 10-15min。
10.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法制备的钨钴焊料在阴极基体中的应用。
【文档编号】B23K1/008GK103921012SQ201410135956
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】吴华夏, 孟昭红, 陈爱民, 于晨晨, 卞磊, 邹莺歌, 王莹 申请人:安徽华东光电技术研究所