CN101987402A - 一种Cu-Sn-Ti钎料及使用其钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法 - Google Patents

一种Cu-Sn-Ti钎料及使用其钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101987402A
CN101987402A CN 201010565350 CN201010565350A CN101987402A CN 101987402 A CN101987402 A CN 101987402A CN 201010565350 CN201010565350 CN 201010565350 CN 201010565350 A CN201010565350 A CN 201010565350A CN 101987402 A CN101987402 A CN 101987402A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solder
copper
alc pottery
pottery
alc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 201010565350
Other languages
English (en)
Other versions
CN101987402B (zh
Inventor
张�杰
郑医
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201010565350A priority Critical patent/CN101987402B/zh
Publication of CN101987402A publication Critical patent/CN101987402A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101987402B publication Critical patent/CN101987402B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

一种Cu-Sn-Ti钎料及使用其钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法，涉及Cu-Sn基钎料及钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法。实现Ti2AlC陶瓷和铜的高强度、高导电率连接。钎焊方法：分别将Ti2AlC陶瓷和铜进行打磨、抛光和清洗处理后，将Ti2AlC陶瓷、Cu-Sn-Ti钎料和铜装配成钎焊装配件，然后置于真空钎焊炉中钎焊即可。本发明成功实现Ti2AlC陶瓷和Cu的连接，接头压缩剪切强度达40.53～187MPa，电导率达5.13×106～5.997×106S/m，接头强度高，导电性好。将Ti2AlC陶瓷和Cu的连接件用于载流摩擦器件，能解决现有工程应用中载流摩擦器件存在成本昂贵、寿命较短的问题。

Description

一种Cu-Sn-Ti钎料及使用其钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法
技术领域
本发明涉及一种Cu-Sn基钎料及用其钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法。
背景技术
Ti2AlC陶瓷是三元层状陶瓷Mn+1AXn其中的一种，它是兼具金属和陶瓷性能的结构/功能一体化陶瓷。Ti2AlC陶瓷的空间点阵为六方晶系，空间群是P63/mmc，由Ti6C八面体层和二维紧密堆积的Al原子层交替排列而成。首先，Ti原子和Al族原子之间依靠范德华力结合，使得该陶瓷具备层状结构和良好的自润滑性能；其次，Ti原子和C原子之间是共价键结合，Ti-C键的牢固结合赋予该陶瓷优良的物理、化学和力学性能，例如高熔点、高的热稳定性；良好的抗氧化性；高弹性模量和高的屈服强度。除此之外，Al原子和Al原子之间依靠金属键结合，因此Ti2AlC陶瓷也具备金属的特点，如良好的导电性和导热性、易加工性、较低的维氏硬度和较高的剪切模量以及高温下良好的塑性。
早在1963年，Nowotny等人就合成出少量的Ti2AlC并对其基本结构进行了基本性能的测定，但直到二十世纪九十年代，高纯度和高性能的Ti2AlC才被制备出来。该陶瓷抗氧化性好，耐热震，并具有较高的弹性模量和断裂韧性，高温下有良好的塑性并能保持较高的强度，易加工，是高温发动机理想的候选材料。同时也具有良好的导电性，高强度、低摩擦系数和良好的自润滑性能，可作为新一代的电刷和电极材料。而且又有很好的耐腐蚀、抗氧化和导热性及机械加工性，非常适合在高温、化学腐蚀条件下工作的各类减摩构件，如化学反应釜的搅拌器的轴承、风扇轴承、特殊的机械密封件等。
Ti2AlC陶瓷特殊的性能决定了其广泛的应用前景，基于Ti2AlC陶瓷优良的导电性和自润滑等性能，Ti2AlC陶瓷和Cu的连接对载流摩擦器件的发展有着不可估量的作用。若将Ti2AlC陶瓷和Cu成功连接，将Ti2AlC陶瓷和Cu的连接件用于载流摩擦器件，能够解决现有工程应用中的载流摩擦器件普遍存在成本昂贵、寿命较短的问题。截止到目前，国内外还没有关于Ti2AlC陶瓷和Cu连接的文献报道。
发明内容
本发明提供了一种Cu-Sn-Ti钎料及使用其钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法，实现了Ti2AlC陶瓷和铜的高强度、高导电率连接，解决了现有工程应用中的载流摩擦器件普遍存在成本昂贵、寿命较短的问题。
本发明的Cu-Sn-Ti钎料，是按摩尔百分比将70％～80％的Cu粉、10％～20％的Sn粉和10％的TiH2粉通过机械合金化制备得到。
本发明使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法，是通过以下步骤实现的：一、将Ti2AlC陶瓷依次用320#、600#、800#、1000#、1200#和1600#金相砂纸打磨到表面光亮，然后用型号为0.5μm的金刚石抛光剂将Ti2AlC陶瓷的待连接表面抛光；然后将铜依次用1000#和1600#金相砂纸打磨至表面光亮，然后用型号为0.5μm的金刚石抛光剂将铜的待连接表面抛光；二、将经步骤一处理后的Ti2AlC陶瓷和铜浸入无水乙醇中，超声清洗10～20min，取出，晾干；三、将Cu-Sn-Ti钎料和羟乙基纤维素粘结剂混合得膏状Cu-Sn-Ti钎料，然后将膏状Cu-Sn-Ti钎料、Ti2AlC陶瓷和铜装配成Ti2AlC陶瓷/Cu-Sn-Ti钎料/铜的结构件，然后装配上压头，得钎焊装配件，其中Ti2AlC陶瓷/Cu-Sn-Ti钎料/铜的结构件通过瞬间粘合剂粘结固定；四、将钎焊装配件置于真空钎焊炉中，将钎焊装配件加压至5800～6200Pa，然后抽真空至1.3×10-3Pa，然后升温至300℃，保温30min，再升温至920～980℃，保温10～30min，然后降温至300℃，再随炉冷却，即完成使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法。
本发明步骤三装配成的Ti2AlC陶瓷/混合钎料/铜结构为三明治结构，混合钎料位于Ti2AlC陶瓷和铜中间。步骤四中加热升温到300℃并保温30min，使用于混合钎料中的有机胶充分挥发。
本发明的Cu-Sn-Ti钎料是以Cu粉、Sn粉和TiH2粉作为制备Cu-Sn-Ti粉末钎料的原材料，采用机械合金化方法制备得粉末钎料。本发明选择TiH2粉代替Ti粉，是由于单质Ti活性较大，在机械合金化的过程中极易被氧化或污染，最终影响接头组织和性能。随着温度升高，TiH2可以完成脱H而得到单质Ti，另外，Cu粉、Sn粉和TiH2粉三种粉末中，Cu粉和Sn粉塑性较好，相反，TiH2粉为脆性相，故在机械球磨时塑性相能够被破碎并分散均匀。
本发明的Cu-Sn-Ti钎料，能够保证接头的导电性。Cu-Sn-Ti钎料为Cu基钎料，同时由于一侧母材为纯铜，所以在钎料中加入一定量的Sn，起到降低熔点的作用。然而考虑到钎料中的Cu元素会与Ti2AlC陶瓷母材发生强烈的交互作用，故在钎料中再添加一定量的Ti，由于Ti与Cu能形成多种反应物，从而降低Cu和Ti2AlC陶瓷母材的交互作用，另外，加入Ti元素，有利于改善Cu-Sn-Ti钎料的润湿性。综上所述，选择了Cu-Sn-Ti钎料体系。
本发明采用Cu粉、Sn粉和TiH2粉作为Cu-Sn-Ti粉末钎料的初始材料，由于单质Ti活性较大，在机械合金化的过程中极易被氧化或污染，最终影响接头组织和性能，因此选择TiH2粉为原始材料，随着温度升高，TiH2可以完成脱H而得到单质Ti，另外，Cu粉、Sn粉和TiH2粉三种粉末中，Cu粉和Sn粉塑性较好，相反，TiH2粉为脆性相，故在机械球磨时塑性相能够被破碎并分散均匀。
采用本发明的Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和Cu，通过控制钎焊温度(920～980℃)和保温时间(10～30min)，以控制反应层厚度和接头中反应相的分布，进而达到控制接头组织和性能的目的，成功实现了Ti2AlC陶瓷和Cu的连接，并得到高强度、导电性好的接头。接头的压缩剪切强度达到40.53～187MPa，电导率达到5.130×106～5.997×106S/m。
本发明Ti2AlC陶瓷和Cu的成功连接，将Ti2AlC陶瓷和Cu的连接件用于载流摩擦器件，能够解决现有工程应用中的载流摩擦器件普遍存在成本昂贵、寿命较短的问题，对载流摩擦器件的发展有着不可估量的作用。将Ti2AlC陶瓷与铜进行连接，不仅能够充分发挥Ti2AlC陶瓷优良的热、电传导性能、自润滑性、在辐射环境下的高温热稳定性和优良的力学性能，同时还能够利用铜优异的电热传导性，对承受摩擦或辐射的构件进行电传导或冷却。
附图说明
图1是具体实施方式十三的步骤三中的Ti2AlC陶瓷/Cu-Sn-Ti钎料/铜的结构件的结构示意图；图2是具体实施方式二十钎焊得到的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头的背散射电子照片；图3是具体实施方式二十钎焊得到的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头的剪切断口形貌图；图4是具体实施方式二十一钎焊得到的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头的背散射电子照片；图5是具体实施方式二十一钎焊得到的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头的剪切断口形貌图；图6是具体实施方式二十四钎焊得到的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头的背散射电子照片；图7是具体实施方式二十四钎焊得到的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头的剪切断口形貌图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式的Cu-Sn-Ti钎料是按摩尔百分比将70％～80％的Cu粉、10％～20％的Sn粉和10％的TiH2粉通过机械合金化制备得到。
本实施方式中所述的机械合金化的具体操作方法为：按摩尔百分比称取70％～80％的Cu粉、10％～20％的Sn粉和10％的TiH2粉，然后将Cu粉、Sn粉和TiH2粉的混合粉末放入QM-3SP04行星球磨机附带的Al2O3陶瓷罐中，控制球料比为5∶1，转速为260r/min，对混合粉末进行球磨即可。
本实施方式中的Cu-Sn-Ti钎料为粉末钎料，能够保证接头的导电性。Cu-Sn-Ti钎料为Cu基钎料，同时由于一侧母材为纯铜，所以在钎料中加入一定量的Sn，起到降低熔点的作用。然而考虑到钎料中的Cu元素会与Ti2AlC陶瓷母材发生强烈的交互作用，故在钎料中再添加一定量的Ti，由于Ti与Cu能形成多种反应物，从而降低Cu和Ti2AlC陶瓷母材的交互作用，另外，加入Ti元素，有利于改善Cu-Sn-Ti钎料的润湿性。
本实施方式的Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜得到的接头的压缩剪切强度达到40.53～187MPa，电导率达到5.130×106～5.997×106S/m。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是Cu-Sn-Ti钎料是按摩尔百分比将75％的Cu粉、15％的Sn粉和10％的TiH2粉通过机械合金化制备得到。其它参数与具体实施方式一相同。
本实施方式的Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜得到的接头的压缩剪切强度达到40.53～187MPa，电导率达到5.130×106～5.997×106S/m。
具体实施方式三：本实施方式的使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法，是通过以下步骤实现的：一、将Ti2AlC陶瓷依次用320#、600#、800#、1000#、1200#和1600#金相砂纸打磨到表面光亮，然后用型号为0.5μm的金刚石抛光剂将Ti2AlC陶瓷的待连接表面抛光；然后将铜依次用1000#和1600#金相砂纸打磨至表面光亮，然后用型号为0.5μm的金刚石抛光剂将铜的待连接表面抛光；二、将经步骤一处理后的Ti2AlC陶瓷和铜浸入无水乙醇中，超声清洗10～20min，取出，晾干；三、将Cu-Sn-Ti钎料和羟乙基纤维素粘结剂混合得膏状Cu-Sn-Ti钎料，然后将膏状Cu-Sn-Ti钎料、Ti2AlC陶瓷和铜装配成Ti2AlC陶瓷/Cu-Sn-Ti钎料/铜的结构件，然后装配上压头，得钎焊装配件，其中Ti2AlC陶瓷/Cu-Sn-Ti钎料/铜的结构件通过瞬间粘合剂粘结固定；四、将钎焊装配件置于真空钎焊炉中，将钎焊装配件加压至5800～6200Pa，然后抽真空至1.3×10-3Pa，然后升温至300℃，保温30min，再升温至920～980℃，保温10～30min，然后降温至300℃，再随炉冷却，即完成使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法。
本实施方式步骤三中所述的羟乙基纤维素粘结剂为半固态的，其制备方法为将羟乙基纤维素与水混合后加热形成的半固态胶状物，其中羟乙基纤维素的质量是羟乙基纤维素和水的混合物质量的1％～5％。
本实施方式的Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和Cu的方法，通过控制钎焊温度(920～980℃)和保温时间(10～30min)，以控制反应层厚度和接头中反应相的分布，进而达到控制接头组织和性能的目的，成功实现了Ti2AlC陶瓷和Cu的连接，并得到高强度、导电性好的接头。接头的压缩剪切强度达到40.53～187MPa，电导率达到5.130×106～5.997×106S/m。
本实施方式中Ti2AlC陶瓷和Cu的成功连接，将Ti2AlC陶瓷和Cu的连接件用于载流摩擦器件，能够解决现有工程应用中的载流摩擦器件普遍存在成本昂贵、寿命较短的问题，对载流摩擦器件的发展有着不可估量的作用。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤三中钎焊装配件的制作方法为：将Cu-Sn-Ti钎料与羟乙基纤维素粘结剂混合得膏状Cu-Sn-Ti共晶钎料，然后将膏状Cu-Sn-Ti钎料分别涂覆于Ti2AlC陶瓷的待连接表面和铜的待连接表面上形成Cu-Sn-Ti钎料层，然后用瞬间粘合剂将Ti2AlC陶瓷的待连接表面上的Cu-Sn-Ti钎料层和和铜的待连接表面上的Cu-Sn-Ti钎料层粘结，装配成Ti2AlC陶瓷/Cu-Sn-Ti钎料/铜的结构，然后装配上压头，得钎焊装配件。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。
本实施方式中膏状Cu-Sn-Ti钎料在Ti2AlC陶瓷和铜上的涂覆面积应当相等，并且涂覆面积与Ti2AlC陶瓷和铜的待连接表面中较小的相等。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四不同的是步骤三中所述的瞬间粘合剂为502瞬间粘合剂、101瞬间粘合剂、401瞬间胶或WEICON瞬间粘合剂。其它步骤及参数与具体实施方式三或四相同。
本实施方式中的瞬间粘合剂均为市售产品。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三、四或五不同的是步骤四中将钎焊装配件加压至6000Pa。其它步骤及参数与具体实施方式三、四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是步骤四汇总再升温至940～970℃，保温10～20min。其它步骤及参数与具体实施方式三至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是步骤四汇总再升温至950℃，保温10min。其它步骤及参数与具体实施方式三至六之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是步骤四汇总再升温至980℃，保温10min。其它步骤及参数与具体实施方式三至六之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三至九之一不同的是步骤四中升温速率为10℃/min。其它步骤及参数与具体实施方式三至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式三至十之一不同的是步骤四中降温速率为5℃/min。其它步骤及参数与具体实施方式三至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式的Cu-Sn-Ti钎料是按摩尔百分比将70％的Cu粉、20％的Sn粉和10％的TiH2粉通过机械合金化制备得到。
本实施方式的Cu-Sn-Ti钎料记为Cu70Sn20Ti10钎料。
具体实施方式十三：本实施方式为使用具体实施方式十二的Cu70Sn20Ti10钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法，其是通过以下步骤实现的：一、将Ti2AlC陶瓷依次用320#、600#、800#、1000#、1200#和1600#金相砂纸打磨到表面光亮，然后用型号为0.5μm的金刚石抛光剂将Ti2AlC陶瓷的待连接表面抛光；然后将铜依次用1000#和1600#金相砂纸打磨至表面光亮，然后用型号为0.5μm的金刚石抛光剂将铜的待连接表面抛光；二、将经步骤一处理后的Ti2AlC陶瓷和铜浸入无水乙醇中，超声清洗20min，取出，晾干；三、将Cu70Sn20Ti10钎料和羟乙基纤维素粘结剂混合得膏状Cu70Sn20Ti10钎料，然后将膏状Cu70Sn20Ti10钎料、Ti2AlC陶瓷和铜装配成Ti2AlC陶瓷/Cu70Sn20Ti10钎料/铜的结构件，然后装配上压头，得钎焊装配件，其中Ti2AlC陶瓷/Cu70Sn20Ti10钎料/铜的结构件通过502瞬间粘合剂粘结固定；四、将钎焊装配件置于真空钎焊炉中，将钎焊装配件加压至6000Pa，然后抽真空至1.3×10-3Pa，然后升温至300℃，保温30min，再升温至920℃，保温10min，然后降温至300℃，再随炉冷却，即完成使用Cu70Sn20Ti10钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法。
本实施方式步骤一中所述的铜为紫铜。步骤三中所述的羟乙基纤维素粘结剂为半固态的，其制备方法为将羟乙基纤维素与水混合后加热形成的半固态胶状物，其中羟乙基纤维素的质量是羟乙基纤维素和水的混合物质量的1％～5％。
本实施方式步骤三中钎焊装配件的制作方法为具体实施方式四中记载的制作方法。本实施方式步骤三中的Ti2AlC陶瓷/Cu70Sn20Ti10钎料/铜的结构件的结构示意图如图1所示，类似于三明治夹心结构。
本实施方式对钎焊得到的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件分别进行压缩剪切强度和电导率的测试，其中测试方法为：使用Instron-5569型电子万能材料试验机(压头移动速率为0.5mm/min)测定接头的压缩剪切强度；采用ZY9858型微欧计测试接头的电阻，将电阻按
Figure BDA0000035194260000061
公式换算即得到接头的电导率，其中γ为电导率，R为电阻，L为测试样的长度，S是测试件的截面积。结果显示本实施方式的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的压缩剪切强度为75MPa，电导率为5.24×106S/m。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十三不同的是步骤四中再升温至950℃，保温10min。其它步骤及参数与具体实施方式十三相同。
采用具体实施方式十三相同的测试方式得到，本实施方式的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头压缩剪切强度为96.73MPa，电导率为5.62×106S/m。
具体实施方式十五：本实施方式的Cu-Sn-Ti钎料是按摩尔百分比将75％的Cu粉、15％的Sn粉和10％的TiH2粉通过机械合金化制备得到。
本实施方式的Cu-Sn-Ti钎料记为Cu75Sn15Ti10钎料。
具体实施方式十六：本实施方式采用具体实施方式十五的Cu75Sn15Ti10钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法，其是通过以下步骤实现的：一、将Ti2AlC陶瓷依次用320#、600#、800#、1000#、1200#和1600#金相砂纸打磨到表面光亮，然后用型号为0.5μm的金刚石抛光剂将Ti2AlC陶瓷的待连接表面抛光；然后将铜依次用1000#和1600#金相砂纸打磨至表面光亮，然后用型号为0.5μm的金刚石抛光剂将铜的待连接表面抛光；二、将经步骤一处理后的Ti2AlC陶瓷和铜浸入无水乙醇中，超声清洗20min，取出，晾干；三、将Cu75Sn15Ti10钎料和羟乙基纤维素粘结剂混合得膏状Cu75Sn15Ti10钎料，然后将膏状Cu75Sn15Ti10钎料、Ti2AlC陶瓷和铜装配成Ti2AlC陶瓷/Cu75Sn15Ti10钎料/铜的结构件，然后装配上压头，得钎焊装配件，其中Ti2AlC陶瓷/Cu75Sn15Ti10钎料/铜的结构件通过502瞬间粘合剂粘结固定；四、将钎焊装配件置于真空钎焊炉中，将钎焊装配件加压至6000Pa，然后抽真空至1.3×10-3Pa，然后升温至300℃，保温30min，再升温至920℃，保温10min，然后降温至300℃，再随炉冷却，即完成使用Cu75Sn15Ti10钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法。
本实施方式步骤一中所述的铜为紫铜。步骤三中所述的羟乙基纤维素粘结剂为半固态的，其制备方法为将羟乙基纤维素与水混合后加热形成的半固态胶状物，其中羟乙基纤维素的质量是羟乙基纤维素和水的混合物质量的1％～5％。
本实施方式步骤三中钎焊装配件的制作方法为具体实施方式四中记载的制作方法。本实施方式步骤三中的Ti2AlC陶瓷/Cu75Sn15Ti10钎料/铜的结构件的结构类似于三明治夹心结构。
采用具体实施方式十三相同的测试方式得到，本实施方式的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头压缩剪切强度为70MPa，电导率为5.34×106S/m。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式十六不同的是步骤四中再升温至950℃，保温10min。其它步骤及参数与具体实施方式十六相同。
采用具体实施方式十三相同的测试方式得到，本实施方式的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头压缩剪切强度为68.7MPa，电导率为5.56×106S/m。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式十六不同的是步骤四中再升温至970℃，保温10min。其它步骤及参数与具体实施方式十六相同。
采用具体实施方式十三相同的测试方式得到，本实施方式的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头压缩剪切强度为72.65MPa，电导率为5.64×106S/m。
具体实施方式十九：本实施方式的Cu-Sn-Ti钎料是按摩尔百分比将80％的Cu粉、10％的Sn粉和10％的TiH2粉通过机械合金化制备得到。
本实施方式的Cu-Sn-Ti钎料记为Cu80Sn10Ti10钎料。
具体实施方式二十：本实施方式为采用具体实施方式十九的Cu80Sn10Ti10钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法，其是通过以下步骤实现的：一、将Ti2AlC陶瓷依次用320#、600#、800#、1000#、1200#和1600#金相砂纸打磨到表面光亮，然后用型号为0.5μm的金刚石抛光剂将Ti2AlC陶瓷的待连接表面抛光；然后将铜依次用1000#和1600#金相砂纸打磨至表面光亮，然后用型号为0.5μm的金刚石抛光剂将铜的待连接表面抛光；二、将经步骤一处理后的Ti2AlC陶瓷和铜浸入无水乙醇中，超声清洗20min，取出，晾干；三、将Cu80Sn10Ti10钎料和羟乙基纤维素粘结剂混合得膏状Cu80Sn10Ti10钎料，然后将膏状Cu80Sn10Ti10钎料、Ti2AlC陶瓷和铜装配成Ti2AlC陶瓷/Cu80Sn10Ti10钎料/铜的结构件，然后装配上压头，得钎焊装配件，其中Ti2AlC陶瓷/Cu80Sn10Ti10钎料/铜的结构件通过502瞬间粘合剂粘结固定；四、将钎焊装配件置于真空钎焊炉中，将钎焊装配件加压至6000Pa，然后抽真空至1.3×10-3Pa，然后升温至300℃，保温30min，再升温至920℃，保温10min，然后降温至300℃，再随炉冷却，即完成使用Cu80Sn10Ti10钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法。
本实施方式步骤一中所述的铜为紫铜。步骤三中所述的羟乙基纤维素粘结剂为半固态的，其制备方法为将羟乙基纤维素与水混合后加热形成的半固态胶状物，其中羟乙基纤维素的质量是羟乙基纤维素和水的混合物质量的1％～5％。
本实施方式步骤三中钎焊装配件的制作方法为具体实施方式四中记载的制作方法。本实施方式步骤三中的Ti2AlC陶瓷/Cu80Sn10Ti10钎料/铜的结构件的结构类似于三明治夹心结构。
采用具体实施方式十三相同的测试方式得到，本实施方式的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头压缩剪切强度为65MPa，电导率为5.20×106S/m。
本实施方式钎焊得到的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头的背散射电子照片如图2所示，由图2可知焊缝很薄，接近10μm，钎料/陶瓷界面形成的扩散层很宽，平均宽度约60μm。
本实施方式钎焊得到的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头的剪切断口形貌如图3所示，由图3可知，断裂发生在钎缝内部，接头强度低于母材强度。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式二十不同的是步骤四中再升温至950℃，保温10min。其它步骤及参数与具体实施方式二十相同。
采用具体实施方式十三相同的测试方式得到，本实施方式的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头压缩剪切强度为158.47MPa，电导率为5.651×106S/m。
本实施方式钎焊得到的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头的背散射电子照片如图4所示，由图4可知焊缝宽度为60μm，中间分布着大量的条状物质和在该物质上的白色点状CuSn3Ti5相，钎料/陶瓷界面扩散层变薄，近陶瓷处出现一些块状相。
本实施方式钎焊得到的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头的剪切断口形貌如图5所示，由图5可知，断裂产生在Ti2AlC陶瓷母材上，断口其形貌呈现典型的陶瓷凹型模式断裂形貌。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式二十不同的是步骤四中再升温至950℃，保温15min。其它步骤及参数与具体实施方式二十相同。
采用具体实施方式十三相同的测试方式得到，本实施方式的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头压缩剪切强度为48MPa，电导率为5.130×106S/m。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式二十不同的是步骤四中再升温至950℃，保温30min。其它步骤及参数与具体实施方式二十相同。
采用具体实施方式十三相同的测试方式得到，本实施方式的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头压缩剪切强度为40.53MPa，电导率为5.997×106S/m。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式二十不同的是步骤四中再升温至980℃，保温10min。其它步骤及参数与具体实施方式二十相同。
采用具体实施方式十三相同的测试方式得到，本实施方式的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头压缩剪切强度为187MPa，电导率为5.591×106S/m。
本实施方式钎焊得到的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头的背散射电子照片如图6所示，由图6可知，焊缝约为50μm，焊缝中的CuSn3Ti5相消失，主要形成Cu[Al]固溶体和固溶体中的Cu-Al-Ti三元化合物，Cu向Ti2AlC陶瓷母材扩散层变薄。
本实施方式钎焊得到的Ti2AlC陶瓷和铜的连接件的接头的剪切断口形貌如图7所示，由图7可知，断裂产生在Ti2AlC陶瓷母材上，断口其形貌呈现典型的陶瓷凹型模式断裂形貌。

Claims (10)

1.一种Cu-Sn-Ti钎料，其特征在于Cu-Sn-Ti钎料是按摩尔百分比将70％～80％的Cu粉、10％～20％的Sn粉和10％的TiH2粉通过机械合金化制备得到。
2.根据权利要求1所述的一种Cu-Sn-Ti钎料，其特征在于Cu-Sn-Ti钎料是按摩尔百分比将75％的Cu粉、15％的Sn粉和10％的TiH2粉通过机械合金化制备得到。
3.使用如权利要求1所述的Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法，其特征在于使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法是通过以下步骤实现的：一、将Ti2AlC陶瓷依次用320#、600#、800#、1000#、1200#和1600#金相砂纸打磨到表面光亮，然后用型号为0.5μm的金刚石抛光剂将Ti2AlC陶瓷的待连接表面抛光；然后将铜依次用1000#和1600#金相砂纸打磨至表面光亮，然后用型号为0.5μm的金刚石抛光剂将铜的待连接表面抛光；二、将经步骤一处理后的Ti2AlC陶瓷和铜浸入无水乙醇中，超声清洗10～20min，取出，晾干；三、将Cu-Sn-Ti钎料和羟乙基纤维素粘结剂混合得膏状Cu-Sn-Ti钎料，然后将膏状Cu-Sn-Ti钎料、Ti2AlC陶瓷和铜装配成Ti2AlC陶瓷/Cu-Sn-Ti钎料/铜的结构件，然后装配上压头，得钎焊装配件，其中Ti2AlC陶瓷/Cu-Sn-Ti钎料/铜的结构件通过瞬间粘合剂粘结固定；四、将钎焊装配件置于真空钎焊炉中，将钎焊装配件加压至5800～6200Pa，然后抽真空至1.3×10-3Pa，然后升温至300℃，保温30min，再升温至920～980℃，保温10～30min，然后降温至300℃，再随炉冷却，即完成使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法。
4.根据权利要求3所述的使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法，其特征在于步骤三中钎焊装配件的制作方法为：将Cu-Sn-Ti钎料与羟乙基纤维素粘结剂混合得膏状Cu-Sn-Ti共晶钎料，然后将膏状Cu-Sn-Ti钎料分别涂覆于Ti2AlC陶瓷的待连接表面和铜的待连接表面上形成Cu-Sn-Ti钎料层，然后用瞬间粘合剂将Ti2AlC陶瓷的待连接表面上的Cu-Sn-Ti钎料层和和铜的待连接表面上的Cu-Sn-Ti钎料层粘结，装配成Ti2AlC陶瓷/Cu-Sn-Ti钎料/铜的结构，然后装配上压头，得钎焊装配件。
5.根据权利要求3或4所述的使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法，其特征在于步骤三中所述的瞬间粘合剂为502瞬间粘合剂、101瞬间粘合剂、401瞬间胶或WEICON瞬间粘合剂。
6.根据权利要求3或4所述的使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法，其特征在于步骤四中将钎焊装配件加压至6000Pa。
7.根据权利要求3或4所述的使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法，其特征在于步骤四汇总再升温至940～970℃，保温10～20min。
8.根据权利要求3或4所述的使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法，其特征在于步骤四汇总再升温至950℃，保温10min。
9.根据权利要求3或4所述的使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法，其特征在于步骤四汇总再升温至980℃，保温10min。
10.根据权利要求3或4所述的使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法，其特征在于步骤四中升温速率为10℃/min。
CN201010565350A 2010-11-30 2010-11-30 使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法 Expired - Fee Related CN101987402B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010565350A CN101987402B (zh) 2010-11-30 2010-11-30 使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010565350A CN101987402B (zh) 2010-11-30 2010-11-30 使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101987402A true CN101987402A (zh) 2011-03-23
CN101987402B CN101987402B (zh) 2012-09-05

Family

ID=43744296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010565350A Expired - Fee Related CN101987402B (zh) 2010-11-30 2010-11-30 使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101987402B (zh)

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102211260A (zh) * 2011-05-25 2011-10-12 哈尔滨工业大学 一种陶瓷相增强的铜基复合钎料及其制备方法
CN103170723A (zh) * 2013-03-06 2013-06-26 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种大气环境下快速原位生成同质相氧化铝陶瓷的连接方法
CN103240540A (zh) * 2013-05-22 2013-08-14 哈尔滨工业大学 一种用于SiO2陶瓷及SiO2陶瓷基复合材料连接的钎料及其制备方法
CN103817610A (zh) * 2014-03-17 2014-05-28 中原工学院 一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法
CN104625284A (zh) * 2015-02-09 2015-05-20 李家侬 一种金属和非金属的焊接方法
CN105271232A (zh) * 2015-11-03 2016-01-27 西安交通大学 一种基于超声辅助热爆反应制备Ti2AlC的方法
CN105562869A (zh) * 2016-03-04 2016-05-11 哈尔滨工业大学 一种使用BNi-2钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和金属镍或镍合金的方法
CN105855745A (zh) * 2016-05-10 2016-08-17 武汉工程大学 一种铜基焊料及其制备方法和应用方法
US9530717B2 (en) 2013-08-26 2016-12-27 Mitsubishi Materials Corporation Bonded body and power module substrate
CN106514039A (zh) * 2016-11-03 2017-03-22 华北水利水电大学 一种铜锡钛钎料及其制备方法
CN107433401A (zh) * 2017-09-29 2017-12-05 哈尔滨工业大学 一种使用Al基钎料钎焊Ti2AlC陶瓷的方法
CN108032003A (zh) * 2017-11-29 2018-05-15 温州宏丰电工合金股份有限公司 一种用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体
CN108080812A (zh) * 2017-11-29 2018-05-29 温州宏丰电工合金股份有限公司 一种用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体的制备方法
CN111299905A (zh) * 2020-03-20 2020-06-19 安徽工业大学 一种同时含WC和ZrC的复合钎料及其制备方法、进行钎焊的方法
CN111390426A (zh) * 2020-03-20 2020-07-10 安徽工业大学 一种用于超硬磨料钎焊的复合钎料及其制备方法、进行钎焊的方法
CN112439963A (zh) * 2019-08-27 2021-03-05 宏进金属科技股份有限公司 硬焊接合方法
CN113948929A (zh) * 2021-07-30 2022-01-18 中南大学 一种1亿转长寿命多点端面接触金合金纤维电刷及其制备方法
CN114871528A (zh) * 2022-03-07 2022-08-09 武汉大学 一种拼接结构的抛掷式破玻球及其制造方法
CN115476012A (zh) * 2022-10-25 2022-12-16 哈尔滨工业大学 一种高Cu原子比Cu-Ti钎料在陶瓷与金属钎焊中的应用
CN116161979A (zh) * 2023-02-24 2023-05-26 哈尔滨工业大学 一种Ti-Al-C系MAX相陶瓷与锆合金连接的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62289396A (ja) * 1985-11-16 1987-12-16 Sumitomo Cement Co Ltd セラミツクスの接合方法
CN1146390A (zh) * 1995-09-27 1997-04-02 中国科学院金属研究所 粗真空条件下焊接陶瓷的锡基活性钎料
US5832360A (en) * 1997-08-28 1998-11-03 Norton Company Bond for abrasive tool
CN1586792A (zh) * 2004-08-24 2005-03-02 陈明汉 一种改进型Sn－0.7wt%Cu无铅焊料
CN1586795A (zh) * 2004-08-31 2005-03-02 广州有色金属研究院 一种自动钎焊用铜焊膏及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62289396A (ja) * 1985-11-16 1987-12-16 Sumitomo Cement Co Ltd セラミツクスの接合方法
CN1146390A (zh) * 1995-09-27 1997-04-02 中国科学院金属研究所 粗真空条件下焊接陶瓷的锡基活性钎料
US5832360A (en) * 1997-08-28 1998-11-03 Norton Company Bond for abrasive tool
CN1586792A (zh) * 2004-08-24 2005-03-02 陈明汉 一种改进型Sn－0.7wt%Cu无铅焊料
CN1586795A (zh) * 2004-08-31 2005-03-02 广州有色金属研究院 一种自动钎焊用铜焊膏及其制备方法

Cited By (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102211260A (zh) * 2011-05-25 2011-10-12 哈尔滨工业大学 一种陶瓷相增强的铜基复合钎料及其制备方法
CN103170723A (zh) * 2013-03-06 2013-06-26 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种大气环境下快速原位生成同质相氧化铝陶瓷的连接方法
CN103170723B (zh) * 2013-03-06 2016-01-13 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种大气环境下快速原位生成同质相氧化铝陶瓷的连接方法
CN103240540A (zh) * 2013-05-22 2013-08-14 哈尔滨工业大学 一种用于SiO2陶瓷及SiO2陶瓷基复合材料连接的钎料及其制备方法
CN103240540B (zh) * 2013-05-22 2015-08-19 哈尔滨工业大学 一种用于SiO2陶瓷及SiO2陶瓷基复合材料连接的钎料及其制备方法
US9530717B2 (en) 2013-08-26 2016-12-27 Mitsubishi Materials Corporation Bonded body and power module substrate
TWI569914B (zh) * 2013-08-26 2017-02-11 三菱綜合材料股份有限公司 接合體及功率模組用基板
CN103817610A (zh) * 2014-03-17 2014-05-28 中原工学院 一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法
CN103817610B (zh) * 2014-03-17 2016-08-17 中原工学院 一种钎焊单层金刚石砂轮的制作方法
CN104625284A (zh) * 2015-02-09 2015-05-20 李家侬 一种金属和非金属的焊接方法
CN105271232A (zh) * 2015-11-03 2016-01-27 西安交通大学 一种基于超声辅助热爆反应制备Ti2AlC的方法
CN105562869B (zh) * 2016-03-04 2017-11-03 哈尔滨工业大学 一种使用BNi‑2钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和金属镍或镍合金的方法
CN105562869A (zh) * 2016-03-04 2016-05-11 哈尔滨工业大学 一种使用BNi-2钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和金属镍或镍合金的方法
CN105855745A (zh) * 2016-05-10 2016-08-17 武汉工程大学 一种铜基焊料及其制备方法和应用方法
CN106514039A (zh) * 2016-11-03 2017-03-22 华北水利水电大学 一种铜锡钛钎料及其制备方法
CN106514039B (zh) * 2016-11-03 2019-03-08 华北水利水电大学 一种铜锡钛钎料及其制备方法
CN107433401A (zh) * 2017-09-29 2017-12-05 哈尔滨工业大学 一种使用Al基钎料钎焊Ti2AlC陶瓷的方法
CN107433401B (zh) * 2017-09-29 2019-10-22 哈尔滨工业大学 一种使用Al基钎料钎焊Ti2AlC陶瓷的方法
CN108032003B (zh) * 2017-11-29 2020-12-11 温州宏丰电工合金股份有限公司 一种用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体
CN108032003A (zh) * 2017-11-29 2018-05-15 温州宏丰电工合金股份有限公司 一种用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体
CN108080812A (zh) * 2017-11-29 2018-05-29 温州宏丰电工合金股份有限公司 一种用于Cu-Sn-Ti钎料粉体的成膏体的制备方法
CN112439963A (zh) * 2019-08-27 2021-03-05 宏进金属科技股份有限公司 硬焊接合方法
CN111299905A (zh) * 2020-03-20 2020-06-19 安徽工业大学 一种同时含WC和ZrC的复合钎料及其制备方法、进行钎焊的方法
CN111390426A (zh) * 2020-03-20 2020-07-10 安徽工业大学 一种用于超硬磨料钎焊的复合钎料及其制备方法、进行钎焊的方法
CN111390426B (zh) * 2020-03-20 2022-07-26 安徽工业大学 一种用于超硬磨料钎焊的复合钎料及其制备方法、进行钎焊的方法
CN113948929A (zh) * 2021-07-30 2022-01-18 中南大学 一种1亿转长寿命多点端面接触金合金纤维电刷及其制备方法
CN114871528A (zh) * 2022-03-07 2022-08-09 武汉大学 一种拼接结构的抛掷式破玻球及其制造方法
CN115476012A (zh) * 2022-10-25 2022-12-16 哈尔滨工业大学 一种高Cu原子比Cu-Ti钎料在陶瓷与金属钎焊中的应用
CN116161979A (zh) * 2023-02-24 2023-05-26 哈尔滨工业大学 一种Ti-Al-C系MAX相陶瓷与锆合金连接的方法
CN116161979B (zh) * 2023-02-24 2023-12-08 哈尔滨工业大学 一种Ti-Al-C系MAX相陶瓷与锆合金连接的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101987402B (zh) 2012-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101987402B (zh) 使用Cu-Sn-Ti钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法
CN102060556B (zh) 使用Ag-Cu共晶钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法
CN109877413B (zh) 一种用于SiC陶瓷钎焊的钎焊材料及钎焊方法
CN1491145A (zh) 使用还原性金属作为钎焊助熔剂
CN100574953C (zh) 热膨胀系数相匹配的钎焊体系
Pinc et al. Spark plasma joining of ZrB2–SiC composites using zirconium–boron reactive filler layers
CN103273155B (zh) 一种碳化硅陶瓷与铁素体不锈钢的扩散连接方法
CA2679846C (en) Metal-ceramic composite air braze with ceramic particulate
JP2003527292A (ja) 非反応性耐火性ろう付けによりＳｉＣベースの材料からなる部材を組立てるための方法、ろう付け用はんだ組成物ならびにこの方法により得られる耐火接合および組立て品
CN105855745B (zh) 一种铜基焊料及其制备方法和应用方法
CN103232257B (zh) 一种炭炭复合材料的快速连接方法
CN104711457B (zh) 一种高温焊料及其应用
CN106673685A (zh) 一种采用Ag‑Cu‑Ti钎料钎焊AlON陶瓷和氮化硼氮化硅复合陶瓷的方法
CN103331499B (zh) 一种使用Pd-Co-Ni钎料钎焊ZrB2-SiC复合陶瓷材料的方法
Sun et al. Effect of thermal cycles on interface and mechanical property of low-Ag Sn1. 0Ag0. 5Cu (nano-Al)/Cu solder joints
CN105149717A (zh) 一种硅基陶瓷表面金属化方法
CN102485698B (zh) 黄铜与碳化硅陶瓷的连接方法及其连接件
CN110480112B (zh) Cf/SiC复合材料与Ni基高温合金的反应复合扩散钎焊连接方法
CN105016763A (zh) 一种TiAl基合金与Ti3SiC2陶瓷的连接方法
CN108823444B (zh) 一种铜碳复合材料短流程制备方法
CN113070543A (zh) 采用Ag-Cr复合钎料钎焊碳材料与镍基合金的方法
CN105679928A (zh) 一种适用于Cu2SnSe3基热电元件的合金电极及该热电元件的制备工艺
CN103085395B (zh) 一种Cu-Ti2 AlC功能梯度材料及其制备方法
CN102485697B (zh) 黄铜与碳化硅陶瓷的连接方法及其连接件
CN101717270B (zh) 一种SiC陶瓷与高温合金的连接方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120905

Termination date: 20121130