一种提高AlSiC件螺纹孔拆装次数的方法与流程

本发明属于电力电子及航空航天技术领域，具体涉及一种提高alsic件螺纹孔拆装次数的方法。

背景技术：

alsic即铝碳化硅，其作为第三代电子封装材料，由于热导率高(180～240w/(m·k))、膨胀系数小(6.5～9.5×10^-6)、密度低2.9～3.2g/cm³、抗弯强度高(＞300mpa)等优点被广泛制成功率模块封装底板及航空航天结构件等。

铝碳化硅底板和结构件等往往通过螺纹孔、沉孔、通孔和盲孔等方式和其他元器件配合在一起形成最终的模块或器件。由于铝碳化硅材料硬度高、脆性大，直接在其上面攻牙不仅对刀具磨损较快，还易造成螺纹崩牙的破坏，另外，在安装螺丝过程中还会由于应力集中而使得铝碳化硅件产生脆性断裂等风险。

为克服铝碳化硅底板及结构件等的安装孔裂，现有方法是将安装孔处设计成铝合金，后期攻丝和安装直接在铝合金上进行，这样紧固螺丝过程中引起的应力集中在铝材中得到有效释放，避免了纯铝碳化硅孔安装过程中因应力集中而导致的脆性断裂。然而，铝材强度较低，铝合金螺孔抗拆状次数低(m3的螺孔其抗拆装次数一般低于10次，其使用的扭力为3n·m)，其螺牙在拆装过程中极易损坏。传统增强铝合金螺纹孔的方法是在螺纹孔中嵌入钢丝螺套，但这种方法使用次数多或者上螺丝过程中用力不当会造成螺套的脱落或滑出。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种提高alsic件螺纹孔拆装次数的方法。

本发明采用以下技术方案：

一种提高alsic件螺纹孔拆装次数的方法，首先加工陶瓷胚体，然后对成型的陶瓷胚体进行机加工，在陶瓷胚体上预留底孔，再将硬质合金制成的镶嵌件镶进陶瓷胚体的预留底孔中进行装模，然后通过浸渗铝将镶嵌件和陶瓷胚体结合，通过机械锁合的方式将镶嵌件固定在铝碳化硅胚体中，最后在镶嵌件上机加螺纹孔制成铝碳化硅件成品。

具体的，镶嵌件为锥形结构，在碳化硅胚体内孔开有对应的安装槽，将镶嵌件放入安装槽内完成装配，然后对组装件进行渗铝，打孔并安装螺丝完成装配。

进一步的，镶嵌件的锥度为2°～10°。

进一步的，镶嵌件的小头直径比螺丝的预攻螺纹外径大1～2mm。

具体的，镶嵌件为卡槽结构，在碳化硅胚体内孔开有对应的安装槽，将镶嵌件放入安装槽内完成装配，然后对组装件进行渗铝，打孔并安装螺丝完成装配。

进一步的，镶嵌件直径方向最小尺寸比螺丝2的预攻螺纹外径大1～2mm。

具体的，镶嵌件与预留底孔的配合间隙为0～0.1mm。

具体的，硬质合金为钛合金或不锈钢。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种提高alsic件螺纹孔拆装次数的方法，通过机械锁合的方式将镶嵌件固定在铝碳化硅胚体中，限制镶嵌件z轴和xy方向的自由度，保证了镶嵌件在受到扭力作用下不脱落。

进一步的，镶嵌件为锥形加平面设计，这种设计主要是通过锥形限制镶嵌件z轴自由度(此处需要注意锁合方向，保证镶嵌件大口反向螺帽方向，这样镶嵌件受朝上的分力时，大口刚好卡住，镶嵌件不至于被拔出)，侧面平面设计限制镶嵌件xy方向自由度，镶嵌件侧面螺牙保证了其与所渗铝进行机械锁合。

进一步的，锥度2°～10°既保证了碳化硅胚体底孔大径在合理范围内，不至于因为底孔太大而破坏铝碳化硅件整体结构和性能。又保证了镶嵌件在z轴方向不被拔出。

进一步的，镶嵌件的小头直径比螺丝的预攻螺纹外径大1～2mm，既可以避免加工累计公差引起的孔偏问题，又保证了预攻螺孔全部落在镶嵌件上，达到了增强螺牙的效果。

进一步的，镶嵌件为凹形卡槽设计，这种设计主要是在碳化硅胚体预留孔上做“凹”形卡槽限制z轴自由度，侧面平面设计限制镶嵌件xy方向自由度，镶嵌件侧面螺牙保证了其与所渗铝进行机械锁合。

进一步的，间隙0～0.1mm保证镶嵌件跟碳化硅胚体紧密配合，不至于引起镶嵌件装模过程中装不进碳化硅胚体预留孔或者在碳化硅预留孔中因为间隙太大引起的装偏等问题。

进一步的，钛合金、不锈钢等硬质合金由于强度比铝合金要大的多，其螺纹孔的牙抗拆装次数相比铝合金要提高很多倍，这大大提高了铝碳化硅件的使用可靠性。

综上所述，本发明镶嵌件与碳化硅胚体结合紧密，镶嵌件强度高，整个过程一次成型，使用可靠性高。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为锥形镶嵌件加平面示意图，其中，(a)为锥形镶嵌件，(b)为碳化硅胚体，(c)为镶嵌件与碳化硅胚体装配，(d)为组装件渗铝，(e)为渗铝件打孔，(f)为螺丝装配；

图2为凹形卡槽镶嵌件示意图，其中，(a)为凹形卡槽镶嵌件，(b)为碳化硅胚体，(c)为镶嵌件与碳化硅胚体装配，(d)为组装件渗铝，(e)为渗铝件打孔，(f)为螺丝装配；

图3为镶嵌件受力图，其中，(a)为锥形镶嵌件，(b)为凹形卡槽镶嵌件；

图4为铝碳化硅件的制造流程图。

其中，1.镶嵌件；2.螺丝；3.填充铝；4.铝碳化硅胚体。

具体实施方式

请参阅图4，本发明一种提高alsic件螺纹孔拆装次数的方法，加工成型陶瓷胚体，然后对陶瓷胚体进行机加工，在碳化硅胚体上预留底孔，再将硬质合金制成的镶嵌件镶进陶瓷胚体的预留孔中进行装模，然后通过浸渗铝将镶嵌件和铝碳化硅结合起来，最后在镶嵌件上机加螺纹孔，形成铝碳化硅件成品。

请参阅图1，镶嵌件1为锥形结构，镶嵌件1的锥度为2°～10°，镶嵌件1的小头直径比螺丝2的预攻螺纹外径大1～2mm。

将锥形结构的镶嵌件1放入内孔开有锥形凹槽的碳化硅胚体4内完成装配，然后对组装件进行渗铝，再进行打孔，安装螺丝2完成装配。

请参阅图2，镶嵌件1为卡槽结构，镶嵌件1直径方向最小尺寸比螺丝2的预攻螺纹外径大1～2mm。

将卡槽结构的镶嵌件1放入内孔加工有“凹”形卡槽的碳化硅胚体4内完成装配，然后对组装件进行渗铝，再进行打孔，安装螺丝2完成装配。

镶嵌件1与预留底孔的配合间隙为0～0.1mm。

优选的，镶嵌件1的材质为钛合金、不锈钢等硬质合金。

请参阅图3，镶嵌件1受沿螺纹方向的扭力，一种沿z轴向上，一种沿xy方向向外。由于镶嵌件1跟填充铝3的润湿性很差，要保证镶嵌件1在受到扭力作用下不脱落，需限制镶嵌件z轴和xy方向的自由度。通过机械锁合的方式将镶嵌件固定在铝碳化硅胚体4中。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种提高alsic件螺纹孔拆装次数的方法，在加工钛合金镶嵌件时，镶嵌件结构如图1(a)所示，形状为锥形，锥度6°，限制其z轴方向的自由度，侧面预留平面限制其xy向自由度，侧面局部留牙，保证其与铝机械锁合。

镶嵌件小头最小尺寸为5mm，预攻螺纹不能超过m3，保证螺纹结构在镶嵌件上。

加工碳化硅陶瓷时，其预先留有预留孔，其内孔的形状与镶嵌件外形一致，如图1(b)所示，保证镶嵌件与陶瓷预留孔的配合间隙为0mm。

然后装模浸渗，装模过程中需要将陶瓷和镶嵌件匹配好一起装进模具中渗铝，最后在镶嵌件处攻丝。

此处注意攻丝和螺丝锁合时，保证螺丝受力方向正好跟镶嵌件大头方向相反，这样不至于镶嵌件轴向拔出。

实施例2

本实施例与实施例2的原理相同，区别在于镶嵌件和碳化硅胚体预留孔的结构发生变化。此实施例中，在加工钛合金镶嵌件时，镶嵌件结构如图2(a)所示，形状成楔形，限制其z轴方向的自由度，侧面预留平面限制其xy向自由度，侧面局部留牙，保证其与铝机械锁合。镶嵌件小头外径为5mm，预攻螺纹不能超过m3，保证螺纹结构在镶嵌件上。

加工碳化硅陶瓷时，其预先留有预留孔，其内孔的形状与镶嵌件外形一致，如图2(b)所示，保证镶嵌件与陶瓷预留孔的配合间隙为0.1mm。然后装模浸渗，装模过程中需要将陶瓷和镶嵌件匹配好一起装进模具中渗铝，最后在镶嵌件处攻丝。

对实施例1和实施例2所得的螺纹孔，配合内六角螺丝m3(12.9级)进行锁合，锁合时采用扭力扳手进行紧固，扭力扳手的扭力大小设置为3n·m。结果显示，拆装100次后，钛合金镶嵌件与铝碳化硅结合紧密，没有出现开裂，其螺牙依旧完好，还可以继续使用。

本发明具有以下特点：

镶嵌件在渗铝过程中被嵌入铝碳化硅件中，铝充分填充于镶嵌件和碳化硅胚体的间隙中，保证了镶嵌件与碳化硅胚体的紧密结合；

镶嵌件强度较高，其螺纹孔的牙的强度相比铝合金的要高很多，其抗拆装次数显著提高；

相比后期镶嵌钢丝螺套，这种方法一次成型，其使用可靠性更高。

相比之前铝孔实验，在相同试验条件下，m3的螺纹孔其抗拆装次数＜10次，镶嵌钛合金大大提高了螺纹孔的拆装次数。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。