CN102848092A - 用于铜焊或焊接操作的丝 - Google Patents

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大卫·韦恩·乔丹
迈克尔·安东尼·拉普萨
丹尼尔·詹姆士·乔希克
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Abstract

本发明提供用于铜焊或焊接操作的丝，该丝包括：金属材料的细长主体；通道，所述通道具有沿着所述细长主体的长度形成的开口，所述开口的宽度为所述细长主体的截面的主轴线的约30％-70％；焊剂，所述焊剂位于所述通道内并沿着所述细长主体的长度的至少一部分，所述焊剂的表面露出；其中，所述焊剂包括焊剂溶液和焊剂粉末，焊剂溶液包括溶剂、溶解于所述溶剂中的颗粒状聚合物或珠子状聚合物，和焊剂粉末添加到所述聚合物溶液中，并且其中，所述焊剂溶液在施加到所述细长主体时填充所述通道并且所述焊剂溶液随着其施加到所述细长主体而烘干至足够的硬度。

Description

用于铜焊或焊接操作的丝
本申请是2006年11月9日提交的、申请号为200680050260.3、发明名称为“具有含焊剂的弹性体的连续长度层的铜焊材料”的中国发明专利申请的分案申请。本申请主张2005年11月10日的美国第60/735,323号专利申请的优先权。
技术领域
本发明通常涉及铜焊材料和铜焊焊剂，且更明确地，涉及涂有焊剂或者以焊剂为核心的铜焊材料。
背景技术
已知多种用于接合金属部件的方法，包括机械结合、粘接、焊接、熔接和铜焊。尽管铜焊、焊接和熔接是类似的，但是存在重要的不同。通常在较低温度(低于450摄氏度)执行焊接，但是不产生坚固的接缝。熔接是高温过程，其中将待接合的两个金属实际熔化并熔合在一起。铜焊是一种将两片金属与第三、熔融的填充材料接合的方法。熔接和铜焊的接缝通常至少和接合的金属一样坚固。熔接过程优选地用于受益于或要求高度定位、精确定点加热的应用。铜焊在更困难的应用中尤其有用，诸如较大区域的接合、线性接合和具有不同熔点的金属或合金。
在铜焊中，将待接合的部件聚集以使得存在小间隙，其啮合表面之间的所谓的“接缝间隙”。将这些部件加热(或者至少在建议的接缝的区域中加热)到铜焊材料的熔点之上但是在待接合的部件的熔点之下的温度(或者，在两个或两个以上部分由不同金属或合金制成的情况下，低于待接合部件中的任何部件的较低或最低熔点的温度)。可以通过焊枪、熔炉、感应或者可以用于接合部件的任何其他加热方法来提供热量。在接合期间，铜焊材料熔化，从而弄湿待接合部件的表面，且通过毛细管作用将该材料拉至或保持在接缝间隙中。在冷却时，铜焊材料凝固，从而在接合的部件的表面之间形成冶金接合。
可以将铜焊用以接合金属与金属、合金与合金、金属与合金、金属与陶瓷、合金与陶瓷或者陶瓷与陶瓷。可以在铜焊之前用金属或者合金来涂覆陶瓷部件。铜焊材料经常在高于425摄氏度之上的温度熔化。铜焊材料可以包括一或多个碱金属、或者其共晶化合物或合金，诸如铝、铜、金、铂、银、锡、磷、钯、镍、锰、锌、镉、铬、硼、硅、铁、碳、硫、钛、锆、钨、钴、钼、铌、硒、铅、钯、铋、铍、锂和铟；也可以使用其他金属、金属合金或矿物。铜焊材料可以称为“铜焊填充物”或者“填充金属”。在这个申请案中，本文中将用作铜焊材料的任何或所有材料、元素、化合物或混合物称为“铜焊材料”。
此项技术中熟知的是，必须在涂覆铜焊材料之前制备待接合部件的表面，以使得铜焊材料粘着到待接合的表面上。当通过铜焊来接合部件或表面时，优选的是铜焊材料与部件表面的接缝区域都没有会降低铜焊接缝的强度的氧化膜。此可以通过在还原气氛中(诸如，在熔炉中)执行铜焊操作来进行。然而，当在空气中进行铜焊时，使用焊剂混合物或焊剂化合物(称为“焊剂”、“铜焊焊剂”或“焊剂盖”)来消除现存氧化物或者抑制氧化膜形成在铜焊材料或待接合部件的表面上。因此，焊剂必须能够在预先选定的铜焊温度去除金属氧化物同时保持基本上相对于铜焊材料为惰性的。由于焊剂通常为起反应的(例如，能够去除氧化物)，所以应该在铜焊材料的熔化温度或接近该温度将焊剂转换成其熔融状态。首先将焊剂涂覆到待接合的部件的表面并且随后将其激活以通过在接缝上或周围施加热量来去除氧化物和清洁表面。
尽管焊剂的主要目的在于消除和抑制铜焊材料和待接合部件的表面的至少选定区域的氧化(氧化物的形成)，但是焊剂在铜焊材料的熔点之下的温度也必须熔化和流动，弄湿部件和铜焊材料的表面，通过熔融的铜焊材料来促进部件的湿化，并且能够被熔融的铜焊材料所替代。
焊剂通常包括硼酸盐(包括但不限于氟硼酸盐)的共晶化合物、氟化物(包括但不限于氟氢化物)、氯化物或其盐，以及碱金属中的一或多个，且在性质上通常为高度腐蚀性和吸湿性以使得焊剂充分清洁待接合的表面。此项技术中已知非吸湿性和非腐蚀性焊剂混合物。已知焊剂包括美国专利6,395,223、6,227,210、5,781,846和4,301,211中所描述的焊剂，这些专利中的每个专利结合于此作为参考。可以将液体、固体、粉末、浆或糊形式的焊剂涂覆到铜焊材料或待接合的部件。
使用多种方法来将焊剂涂覆到接缝区域和待接合部件的外表面。通常，将焊剂涂覆到待铜焊的表面并且加热这些表面以运行焊剂熔化、流动和覆盖表面。此对于当部件为冷时将要涂覆到接缝区域的粉末或糊形式的铜焊焊剂而言是熟知的。随后加热接缝区域直到达到铜焊温度，并随后涂覆铜焊材料。使用多种方法来将铜焊材料涂覆到接缝，包括(但不限于)将铜焊材料(以杆、丝、条、盘、片、鞘或其他形状因数的形式)插入到接缝间隙的全部或一部分中，此时来自相邻部件的热量开始加热并藉此熔化铜焊材料。或者，通过熔化铜焊材料的末端部分来将铜焊材料放置在接缝间隙的口处。
以“铜焊杆”或“铜焊丝”形式的丝性铜焊材料是此项技术中熟知的，且包括诸如片或条的非圆形丝性形式。铜焊杆是通常为约20英寸或更小的固定长度铜焊材料。丝性铜焊材料可以形成为圆形或类似圆形形状(例如，卵圆形、椭圆形、六角形、半圆形或“U”)、松开带卷、平面形状(例如，盘)、圆锥形、鞍形、碗形或其他常规形状。铜焊丝是连续长度的铜焊材料。为了此申请案的目的，“连续长度”意味着比约二十英寸大的长度。裸铜焊杆和裸铜焊丝都不含有焊剂核心或焊剂涂敷。
由于许多焊剂和用以涂覆焊剂的多种方法所产生的剩余或过量焊剂的腐蚀性、吸湿性性质，在许多应用中必须或要求从接合的部分中去除任何剩余焊剂或焊剂剩余物，以防止或限制接合部件的腐蚀。由于额外的清洁步骤，剩余焊剂的去除增加总的产品成本以及处理清洁过程所产生的废物的成本。
已经开发出涂有焊剂的铜焊杆和以焊剂为核心的丝来消除将焊剂涂覆到接缝和去除并处理剩余焊剂的个别步骤，藉此减少制造的成本。涂有焊剂的铜焊材料具有预先涂覆到铜焊材料的外部或暴露表面的焊剂。以焊剂为核心的铜焊材料具有预先涂覆到内表面(诸如铜焊材料内的通道、核心、凹槽或其他凹型或洞)上的焊剂。涂有焊剂和以焊剂为核心的铜焊杆或丝可以通过首先将铜焊焊剂混合物(例如)与水或有机溶剂或液体或半液体粘合剂混合以形成焊剂糊混合物、固体焊剂混合物或焊剂粉末混合物(诸如，通过碾磨、碾碎或磨碎固体焊剂)来制成。经常使用的粘合剂包括丙烯酸树脂(例如，1-甲氧基-2-丙醇-乙酸)和合成橡胶化合物(例如，丁基聚丁二烯、聚异戊二烯、丁二烯苯乙烯和聚异丁烯)。可以使用挤压过程来将焊剂糊涂覆到铜焊材料以将所要厚度的焊剂糊混合物的同心涂层挤压到铜焊杆上，且随后烘烤被涂敷的杆以使焊剂涂层变硬。
或者，可以在铜焊材料内的核心、凹口、凹槽、孔、裂缝、洞或其他凹入区域内放置焊剂糊或粉末，以形成铜焊材料型，例如，以焊剂为核心的丝或铜焊材料的外壳，如Omni技术公司所拥有的美国专利5,781,846和6,395,223中所描述。在以焊剂为核心和涂有焊剂的铜焊材料中，加热待接合的部件表面并使以焊剂为核心的铜焊材料型与被加热的表面接触，从而使得焊剂熔化并流动且藉此使得铜焊材料熔化好流动。
在此项技术中当前还不知道连续长度的以焊剂为核心的铜焊材料。在许多铜焊应用中，在有限的实际空间中执行铜焊过程，且通常必须或要求使丝性铜焊材料弯曲、卷曲、形成角度或变形(或者，具有预先形成为弯曲或变形形状的铜焊材料)，以使得可以相对于接缝间隙和待接合的部件大约地放置。以上述方式制成的当前可用的涂有焊剂和以焊剂为核心的铜焊杆或丝的缺点在于焊剂相对易碎。因此，当使已知的涂有焊剂和以焊剂为核心的铜焊材料卷曲、弯曲或变形时(例如，在运输、储存、处理或使用期间)，焊剂涂层或焊剂核心容易破碎、破裂、脱落或碎裂，以使得其变为不连续焊剂且焊剂涂层或焊剂核心中的部分会与杆或丝分离。当焊剂涂层或焊剂核心变得分离和不连续时，由于去产生了具有较小机械结合或强度的接缝而使其丧失其实用性和有效性。
已知的涂有焊剂和以焊剂为核心的铜焊材料的另一个缺点在于易碎的焊剂涂层或焊剂核心不允许铜焊材料被盘绕、缠绕、卷绕或制造成环形或可以由以焊剂为核心的或涂有焊剂的丝或杆形成为基本上圆形、卵形或椭圆形形状的其他形状因数。当将铜焊材料形成为圆形、卵形或椭圆形形状时，其使得易碎焊剂涂层或焊剂核心破裂、脱落、碎裂(此允许湿气进入焊剂)并且可能与铜焊材料分离。因此，杆或丝的长度限于较短长度(通常小于20英寸)和不能以缠绕、盘绕、卷绕、卷起形式来运输和处理的不连续形或制造成能够允许铜焊材料以紧密或压缩形式来包装、运输、储存或使用的其他形式。
另一个缺点在于，由于烘烤涂层以使焊剂硬化或变硬的所要硬化后步骤(使焊剂涂层具有耐久性所必需的步骤)，当前焊剂涂敷过程仅对其自己提供涂敷小于或等于约20英寸的铜焊材料长度(诸如，杆)。涂有焊剂的铜焊材料的当前可用形式限于约20英寸或更小的杆，因此限制了长度的实用性并导致浪费，因为杆的最后英寸通常由于对于有效使用而言太小而被丢弃。
因此，需要使被涂敷的铜焊材料或有心的铜焊材料可以在铜焊过程中被弯曲、弯、形成角度、卷曲、顺从或变形。同样需要连续长度的连续涂敷或带心的铜焊材料具有耐久和柔软的化合物以使得其可以被缠绕、盘绕、卷绕、顺从、制造或变形为其他圆形或类似圆形、非丝性或其他形状因数(例如，环、盘或带)。同样需要有效制备待接合的表面并且可以放置在铜焊材料的表面或核心上的耐久、柔软的焊剂化合物。另外，需要不需要后置处理加热和烘烤以减少制造成本的制备涂有焊剂或以焊剂为核心的铜焊材料的方法。同样需要提供铜焊碱金属或合金化合物的广泛选择并且可以包括具有专用碱金属性质的涂敷的铜焊材料的涂有焊剂或以焊剂为核心的铜焊材料。本发明在于克服上述问题中的一或多个。
发明内容
本发明的一个目的在于提供容易实现并且能够符合许多接合表面的外形的涂有焊剂的铜焊材料。本发明的另一目的在于提供当被涂覆作为铜焊材料的涂层时具有能在将铜焊材料弯曲或与铜焊接缝的外形符合或放置在铜焊接缝周围时防止、限制或最小化焊剂的破裂、脱落、碎裂、破碎或分离的充足弹性的焊剂化合物。
本发明的另一个目的在于提供具有当被涂覆作为涂层或核心时具有适合的表面硬度以在运输、处理、储存、使用和配置时提供耐久性的焊剂化合物。本发明的另一个目的在于提供具有耐久和柔软并且具有连续长度的焊剂核心或涂层的涂有焊剂或以焊剂为核心的铜焊材料。本发明的另一个目标在于提供用于涂覆或去核半连续长度、连续长度、类似圆形、非丝性或其他形式或形状的铜焊材料藉此不需要后继处理或烘烤硬化的过程。本发明的另一个目标在于提供在铜焊过程中使用连续长度的涂有焊剂的铜焊材料的方法。
本发明的又一个目标在于提供用于铜焊材料的表面制备以提供用于用焊剂来涂敷或去核铜焊材料的连结或增强粘合表面的过程。
本发明的另一个目标在于提供适用于连续涂敷或去核基本上圆形、卵形、椭圆横截面型(诸如丝、管或缆)或基本上平坦表面或横截面(诸如条、鞘或片)的焊剂化合物。
本发明的另一个目标在于提供制造可以被卷绕、盘绕或缠绕的连续长度的涂有焊剂的铜焊材料的方法。在替代实施例中，该方法包括缠绕或盘绕以促进自动焊丝进给或手动铜焊应用。
本发明的另一个目标在于提供制造可以供给自动、半自动或手动形成设备来制造涂有焊剂的铜焊环、涂有焊剂的垫圈、涂有焊剂的垫片或者其他涂有焊剂的铜焊预成型的连续长度的涂有焊剂的铜焊材料的方法。
本发明的另一个目标在于提供使用在用于接合金属的焊枪、感应、熔炉或其他普通加热方法中被加热的连续长度的涂有焊剂的铜焊材料来铜焊的方法。
这些方面仅说明与本发明有关的无数方面，且不应被认为以任何方式限制。本发明的这些和其他方面、性质和优点讲从以下详细描述连同附图一起而变得显而易见。尽管可以在本发明的实施中使用与本文所描述的类似或相同的方法和材料，但是以下描述适合的方法和材料。此外，本文所描述的材料、方法和实例仅为说明性的且并非意欲以任何方式来限制。
附图说明
图1说明部分形成的涂有焊剂的铜焊材料。
图2说明具有表面微小变形的铜焊材料。
图3说明连续长度的涂有焊剂的铜焊材料。
图4A-图4G说明制造连续长度的涂有焊剂的铜焊材料的过程。
图5说明由连续长度的涂有焊剂的铜焊材料制成的各种预成型的类似圆形形状。
图6说明由连续长度的涂有焊剂的铜焊材料制成的各种预成型的形状。
图7说明具有各种有颜色中的有色焊剂涂层化合物的涂有焊剂的铜焊材料。
图8说明连续长度的、被染色的涂有焊剂的铜焊材料。
图9说明描述制备连续长度的涂有焊剂的铜焊材料的方法的流程图。
具体实施方式
申请者已经发现适用于涂敷或者去核铜焊材料1(当用作涂敷或者去核材料时，本文中将焊剂称为“焊剂涂覆化合物”)并且保持充分硬度或韧性(耐久性)和充分柔软性(弹性)以使得被涂敷或被去核的铜焊材料1可以根据需要被弯曲、顺从或变形以增强铜焊的实用性和有效性的焊剂化合物。本发明的焊剂涂层化合物2优选地利用产生基本上无杂志或接缝污染物的铜焊接缝的清洁燃烧粘合剂。
通过大量的试验研究，申请者已经发现焊剂涂层化合物2应优选地具有以下特征或性质中的至少一个：
(a)弹性体溶液(例如，弹性体和任何与弹性体一起使用的溶剂)在与焊剂粉末或焊剂糊混合时产生化合物糊，在被压模涂敷到铜焊材料1上时化合物糊能够产生具有充分湿强度以允许刚被涂敷或去核的铜焊材料1被盘绕、缠绕或卷绕的平滑、密集、连续的涂层或去核中心部分。优选地，弹性体具有以下表6中所描述的性质中的至少一个。
(b)弹性体使得当刚被制造出来时由焊剂粉末或焊剂糊制成的化合物糊和弹性体溶液保持一段时间的可用稠度以允许涂覆焊剂涂层化合物2；
(c)在铜焊过程期间，弹性体和在准备好使用时保留在铜焊材料1上的焊剂涂层化合物2的任何其他成分不干扰铜焊焊剂的运行。更明确地，弹性体和保留在焊剂涂层化合物2上的任何其他成分应具有良好的烧除特征，即，在加热涂有焊剂或以焊剂为核心的铜焊材料1时其将不会产生过量的碳、灰、烟、烟雾或副产物污染物。最优选地，其将基本上完全地烧除或挥发掉而不会留下任何材料量的固体残渣(例如，≤ppm碳、灰或其他残渣)；
(d)弹性体使得焊剂粉末或焊剂糊与弹性体的化合物将能够产生焊剂涂层化合物2，在烘干之后，焊剂涂层化合物2足够硬以耐住处理而无需后继处理烘烤或硬化；
(e)弹性体使得含有焊剂粉末和弹性体的焊剂涂层化合物2将在除了具有充分高的焊剂含量之外具有上述所要性质(a)至(b)以使得铜焊操作能够有效。更优选地，焊剂成分应大于焊剂涂层化合物2的30wt.％。
(f)焊剂涂层化合物2的焊剂成分具有至少140网格固体优选地在约200与约325网格固体之间的粒度分布，以促进干燥涂层的均匀化和湿强度。
(g)除了上面列出的其他特征或性质中的一个之外，焊剂涂层化合物2能够用颜料或染料来涂色。图7或8.
涂有焊剂的铜焊材料1(即，涂覆了焊剂涂层化合物2之后的铜焊材料1)优选地具有以下特征或性质中的至少一个：
(h)如果在正常的包装、载运、处理、储存或使用期间使铜焊材料1弯曲、卷曲、顺从或者变形，不会破裂、脱落、破碎、碎裂、断裂或者变得不连续的柔软或耐久的焊剂涂层化合物2。
(i)具有0.0005与0.035英寸之间优选地达+/-0.001英寸的厚度的设计的焊剂涂层化合物，以提供最佳的铜焊性能。
(j)在铜焊接缝完成时产生低的焊剂残渣或低或无金属氧化物的设计的焊剂涂层化合物厚度。
(k)在铜焊完成期间或之后不留下碳或灰堆积物的清洁燃烧。
(1)可以制成为丝、条、预型、环或其他非线性形状因数的设计的被涂敷产品。
(m)铜焊材料1具有表4的元素中的至少一个的碱金属或合金化合物，优选地为铜、银、磷、镍、锌、锡、镉、锰。
(n)以下表5中描述的性质中的一或多个。
本发明的优选焊剂涂层化合物2具有以上说明的性质(d)和(f)，且优选地具有剩余性质(a)至(c)、(e)和(g)中的一或多个或者所有。本发明的优选的涂有焊剂或以焊剂为核心的铜焊材料1具有性质(h)和(i)，且优选地具有剩余性质(i)至(n)中的一或多个。
申请者已经发现具有相对高分子量的弹性体的此焊剂涂层化合物2(诸如，脂肪族聚碳酸酯和表1中描述的化合物中的可能的其他化合物以及某些增塑剂混合物(包括但不限于表3中标识的那些增塑剂))拥有上述性质(a)至(g)中的一或多个。增塑剂的添加增强了焊剂涂层化合物2的柔软性、粘性、表面耐久性和韧性。为了本发明的目的，“高分子量”意味着大于50,000道尔顿的重量，优选地高分子量在约150,000道尔顿与约500,000道尔顿之间。这些聚碳酸酯中的典型为聚(碳酸亚烃酯)、聚(碳酸丙二酯)和聚(碳酸乙二酯)。可以将脂肪族聚碳酸酯(在适合的溶剂中)独立地与焊剂使用以制造焊剂涂层化合物2。或者，可以将脂肪族聚碳酸酯(优选地为聚(碳酸丙二酯)或聚(碳酸乙二酯)或聚(碳酸亚烃酯))与一或多个增塑剂混合物以及焊剂组合。更优选地，弹性体是结合于此的美国专利6,248,860的聚(碳酸亚烃酯)。适合的溶剂是DE醋酸盐，尽管当然其绝不可能是仅可以使用的溶剂。在表1中描述被认为是适用于本发明的添加的高分子量弹性体。在表2中描述被认为是适用于弹性体和/或焊剂的添加的溶剂。在表3中描述被认为是适用的添加的增塑剂。同样可以适当地使用其他溶剂或增塑剂。
尽管可以用任何焊剂来制造焊剂涂层化合物2，但是通过形成非吸湿性焊剂或非腐蚀性焊剂(诸如由Omni技术公司所拥有的美国专利6,395,223中所描述(例如，氟硼酸钾焊剂复合物))来生产优选的焊剂涂层化合物2。优选地，将焊剂碾磨为大于或等于约200网格固体优选地在约200与350网格固体之间的微粒分布。随后将焊剂与弹性体(本文也称为“粘合剂”)混合，且优选地与粘合剂和增塑剂混合。优选地，根据与以下其他成分的预定比例来形成焊剂涂层化合物2：
随后将焊剂涂层化合物2混合到按固体重量约60％的浓度来为将涂层涂覆到铜焊材料1的表面上做准备。
适用于具有适合的柔软性以供缠绕(例如，丝、管、缆、条或片)的坚固、耐久的硬涂层的焊剂涂层化合物2的替代实施例如下：
按重量1-3％的增塑剂(优选地为乙酰柠檬酸三丁酯)；
按重量18-22％的脂肪族聚碳酸酯(优选地为先前所讨论的聚(碳酸亚烃酯))；
按重量38-45％的溶剂(优选地为DE醋酸盐)；以及
按重量28-35％的铜焊焊剂粉末(优选地为美国专利6,395,223或6,277,210中所描述的焊剂)。
在被涂敷的铜焊材料1上提供稍微较柔软涂层以产生环和预型的焊剂涂层化合物2为：
按重量3-5％的增塑剂(优选地为乙酰柠檬酸三丁酯)；
按重量25-30％的脂肪族聚碳酸酯(优选地为美国专利6,248,860中的聚(碳酸亚烃酯))，如先前所讨论；
按重量32-40％的溶剂(优选地为DE醋酸盐)；以及
按重量28-35％的铜焊焊剂粉末(优选地为美国专利6,395,223或6,277,210中所描述的焊剂)。
对于具有较硬(更耐久)涂层的焊剂涂层化合物2而言，将在高于40℃的玻璃转变温度使用具有在“高分子量”范围的高端的高分子量为优选的更优选地是在约150,000道尔顿与约500,000道尔顿之间的范围中的脂肪族聚碳酸酯(优选地为聚(碳酸丙二酯)或其他聚合体，且最优选地为聚(碳酸亚烃酯))。
可以将铜焊材料1和铜焊焊剂的当前可用广泛范围中的任何用于此发明的目的。然而，使用美国专利6,395,223和6,277,210的非吸湿性、非腐蚀性焊剂为优选的。
应注意，丝的连续涂层在电气工业和电子工业中是常见的，其中将弹性体用作绝缘体来保护丝核心免受腐蚀或其他环境状况。铜焊技术中已知的弹性体焊剂涂层必须经受后继处理烘干、加热或烘烤以使涂层硬化且因此使这些涂层在当前仅被涂覆到铜焊杆上。烘干、烘烤或加热的额外过程限制了可以被涂敷到杆的铜焊材料1和较短的长度，因为在后继处理烘干或烘烤或加热过程期间，连续长度产品虽然仍具有未干的涂层但是不能被容易地处理、堆叠和储存。
相反，当根据本文所教示的方法将本发明的焊剂涂层化合物2涂覆到铜焊材料1时，不需要后继处理的风干、加热或烘烤。而是，在根据本文所教示的方法形成涂有焊剂的铜焊材料1的过程期间，涂层干至充分的硬度。
同样应注意，在焊剂盖下执行的常规铜焊操作中，根据铜焊材料1的化合物和熔点以及待接合部件的化合物来使用不同的焊剂。相同的因素控制在涂有焊剂的铜焊材料1的制造过程中所使用的焊剂的化合物。类似地，这些因素同样控制就特殊铜焊应用而言本发明中所使用的焊剂和铜焊材料1的化合物。
本发明的实施例包括涂覆到任何铜焊材料1且优选地为银、铜、磷、锡、锌、镉、锰以及其合金的铜焊材料1的焊剂涂层化合物2。这些金属和合金是此项技术中熟知的且可以商业获得(例如，当前在Wolverine接合技术，LLC的商标SILVALOY下出售这些合金)，这些金属和合金涂有含有如美国专利6,277,210和6,395,223中所描述的硼酸钾/氟硼酸钾的混合(商业可获得并且在Wolverine接合技术，LLC的注册商标SILVACOTETM下出售)。
在本发明的另一个实施例中，制备铜焊材料1来通过处理或在某种意义上增强铜焊材料1表面来涂敷或去核以引起磨损、擦损、穿孔、划伤或其他损坏，优选地在约10至40微英寸(0.00001至0.00004英寸)之间的微小损坏，以在铜焊材料1表面与焊剂涂层化合物2之间制造机械结合。机械结合运行以在将焊剂涂层涂覆到铜焊材料1的表面时容纳和保护焊剂涂层。对于圆丝而言，可以利用回转校直机(例如，诸如由EMS，BristolCT所制造)并且用能够对铜焊材料1的表面引起擦损、划伤或引起其他磨损的硬或硬化材料(例如，但不限于，具有热硬化粘合剂(例如，Micarta[国际纸行的一个注册商标]、环氧树脂、环氧玻璃、三聚氰胺和酚醛层板)的模制纤维材料或叠片、钻石、蓝宝石、碳、钢或比待增强的铜焊材料1表面硬的任何其他材料、元素、化合物或材料)来替代回转垫圈来执行损坏。这个过程运行以矫直用于在划伤具有充当微锁以保护焊剂涂层的旋转表面增强的表面之外来涂敷的丝。可以使用Wloverine Tube有限公司的MD技术来制备平坦表面，如结合于此的美国专利5,775,187中所描述。或者，在铜焊材料1上赋予表面增强的其他方法包括(但不限于)喷砂或喷粒处理、丝刷清理、辊轧成形和拉模拉拔。
图4A至图4G说明申请者建议的用于使用本发明的焊剂涂层化合物2来涂敷铜焊材料1的进行过程。图4A中的说明的铜焊材料1包含铜焊金属(诸如，金属合金)的丝，其已经经历产生微损坏表面增强(图2中的3)的过程。通过充填有准备好的焊剂涂层化合物的受压涂层贮藏处10来供给铜焊材料1(在此情况下为铜焊丝)。铜焊丝通过入口导轨11进入贮藏处，入口导轨11比铜焊丝的直径稍微大一些，可以为诸如毛细管医疗管道或其他管或导管12。一旦铜焊丝离开入口导轨11，则其与贮藏处内的焊剂涂层化合物接触，并且随后通过具有比丝的直径大的规定直径以产生特定涂层厚度的模孔13(图4D中)离开。为了促进焊剂涂层化合物2的适当均匀涂敷以及加速烘干，将焊剂涂层化合物2加热到25°与150℃之间的温度，优选地在约150°与220°F(65°至105℃)之间，并且在涂覆之前在涂层贮藏处将其加压到5至40磅/平方英寸(“psi”)。通过图4D中所说明的可调模孔13并通过施加压力的调节来调节涂层厚度。一旦铜焊丝离开施加贮藏处，则涂覆的铜焊丝进入由辐射和对流管道烘干组成的图4E的烘干室。烘干范围可以在100°与300℃之间，其中最佳烘干温度范围为250°与400°F(120°至205℃)。通过烘干炉在来自在图4F的生产线末端建立的调节涂敷和烘干过程的速度的履带驱动15(诸如，具有防锈胶乳材料型带的Witles Albert模型NAK100运输机)的张力下来支撑被涂覆的铜焊丝。随后利用诸如具有Amacoil/Uhing横动丝导向装置17的Hammond工程线轴机器的设备可以将被涂覆的铜焊丝直接水平层缠绕到线轴16(图4G中)上，或者可以将其切割为不连续长度或将其盘绕为图3中的参考数字4所普遍展示的松开带卷形状因数。本发明的焊剂涂层化合物还可以用以涂敷成除铜焊丝之外的形状，诸如条和其他连续形状和铜焊材料1的其他形状。可以在自动丝或条进给铜焊操作上利用缠绕或盘绕的涂有焊剂的铜焊材料1。也可以在用于制造铜焊环、洗衣机、垫片或诸如图6中所描绘的其他铜焊预型的自动成型设备上利用铜焊材料1。或者，可以在使用这些成型设备之后涂覆焊剂涂层化合物2。
如关于丝所说明，涂有焊剂的铜焊材料1包括由图1的焊剂涂层1包围达按重量5-20％涂层的涂覆比率的实芯焊丝核心。这个和类似定形的涂有焊剂的铜焊材料1促进铜焊的简易性，因为涂有焊剂的铜焊材料1可以形成为多个所要形状和尺寸并且可以被容易地放置在待铜焊的接缝或表面上或具有接缝或表面。将热施加到焊剂涂层化合物2上导致粘合剂在焊剂的熔点之前彻底分解。此允许焊剂在固体金属核心的熔点之前刚好不受禁止地熔化，此改进合金流动并且最小化在加热过程期间形成的氧化物。通过使用清洁燃烧粘合剂，可以实现铜焊而不会有或者有极少的残留的灰、碳或杂志。此外，预先设计的焊剂涂层化合物在焊剂涂层化合物2的矩阵内提供适当量的化学焊剂，以提供所要的铜焊行动而不会留下未反应的氟硼酸钾混合物的玻璃，从而产生较清洁的完成的铜焊接缝。
本发明的另一个实施例是制造连续长度的被涂覆的铜焊材料1的方法，包括以下步骤：提供连续长度的铜焊材料1形状，提供焊剂涂层化合物2，将该焊剂涂层化合物2的涂层涂覆到该铜焊材料1形状的表面上；以及并行烘干涂有焊剂的铜焊材料1。在替代实施例中，处理铜焊材料1以在涂覆焊剂涂层化合物2之前使其具有表面增强。在该方法的又一个实施例中，在烘干涂有焊剂的铜焊材料1之后将其盘绕、缠绕或卷绕。
在本发明的另一个实施例中，提供在至少两个部件上铜焊的方法，包括以下步骤：将至少两个部件放置在附近以产生接缝间隙，提供本文所描述的焊剂涂层化合物2，提供铜焊材料1，将该焊剂涂层化合物2涂覆到所述两个部件或者涂覆到所述铜焊材料1，将被涂覆的部件或被涂覆的铜焊材料1加热到预先选定的铜焊温度，以及使部件或铜焊材料1靠在附近以使得铜焊材料1变得熔化、使部件潮湿并且流到接缝间隙中。
另一个实施例提供铜焊具有连续长度或非线性的涂有焊剂的铜焊材料1的至少两个部件的方法，包括以下步骤：提供在附近的至少两个部件以产生接缝间隙，提供本文所讨论的连续长度或非线性的涂有焊剂的铜焊材料1，将两个部件或涂有焊剂的铜焊材料1加热到预先选定的铜焊温度，以及使两个部件或涂有焊剂的铜焊材料1靠在附近以使得涂有焊剂的铜焊材料1变得熔化、使两个部件潮湿并且流到接缝间隙中。
同样如图9中所示提供一种方法来制备涂有焊剂的铜焊材料1，包括以下步骤：制备包括以成比例的比率混合有表1中的粘合剂、表2中的溶剂和表3中的增塑剂以构成涂层的适当性能的焊剂化合物的焊剂涂层化合物2，制备具有表面增强的铜焊材料1，将焊剂涂层化合物2堆积到受压或受热贮藏处室中的铜焊材料1表面上，以产生按重量5-20％焊剂的涂敷比率，以及通过由辐射和对流烘干构成的隧道烘干炉来纵向处理所述涂有焊剂的铜焊材料1。
在替代实施例中，焊剂涂层化合物2包括分解为二氧化碳和水的清洁燃烧粘合剂，铜焊材料1是具有在约0.005至0.200英寸之间的直径的丝，涂有焊剂的铜焊材料1包括约89-95％的金属和约5-20％的焊剂涂层化合物2，铜焊材料1碱金属具有Cu、Ag、P、Ni、Zn、Sn、Cd、Mn的各种合金化合物或表4中描述的铜焊填充物中的任何，且用均匀受控铜焊厚度的焊剂来将焊剂涂层化合物2涂覆到+/-0.001英寸的公差。
在本方法的其他实施例：铜焊材料1型为丝、条、环或预型形状；连续长度的涂有焊剂的铜焊材料1可以形成为包括丝松开带卷、线轴16、预型、环、扁丝和条的各种形状因数。请参见图5。在另外的实施例中，焊剂涂层化合物2具有清洁燃烧成分粘合剂以使得其适用于熔炉和感应铜焊并且一旦在从600°到1600°F范围中的温度消耗则产生清洁的铜焊行动，留下最少的焊剂残余物、灰或碳残余物，并且可能对于某些铜焊材料1而言在高达1700°F，所述涂有焊剂的铜焊材料1上的烘干的焊剂涂层化合物2是柔软、耐久的且不会容易地破裂、脱落、碎裂、破碎或与铜焊材料1的表面分离。另外的实施例包括涂层足够耐久以通过半自动或自动铜焊合金供给机制来供给。
对于此技术领域人员而言，本发明的其他目标、性质和优点将会是显而易见的。本文所描述的本发明不会任何焊剂化合物的任何铜焊材料1或可以藉此被接合的金属或合金或陶瓷的描述、定义或特征以任何方式来限制。可以将任何铜焊焊剂或铜焊材料1用于本发明的目的。
虽然已经提供了上述化合物，但是可以使用偏离或修正。另外，上述焊剂涂层化合物2的配方仅定义下限；因此，同样期望具有比下限多的量的化合物对于本发明的目的是有效的且因此其可以包含在本发明之内。
虽然已经说明和描述了本发明的优选实例和步骤，但是此仅作为说明，且除非由权利要求的范畴和其等价物需要否则本发明不应受到限制。
以下列出本文中参考的各种表格：
表1：弹性体(粘合剂)
  聚(碳酸丙二酯)   聚氨基甲酸脂
  聚(碳酸乙二酯)   芳族聚碳酸酯
  聚(碳酸亚烃酯)   纤维素
  脂肪族碳酸盐
  聚氯乙烯
  胶乳配合物
  硅酸盐
  聚酯
表2：溶剂
  乙二醇醚醋酸盐   酯
  酒精   乙二醇
  多元醇   醚
  烷烃醇胺   乙烯基胺
  芳烃溶剂   脂肪族石脑油
  萜烃   水
  酮
  N-甲基-2-吡咯烷酮
表3：增塑剂
  柠檬酸盐   硫酸盐
  磷酸盐   邻苯二甲酸盐
  己二酸   癸二酸盐酯
  多元醇   蓖麻油
表4：铜焊材料
标题表示部件碱金属化合物。以下列出标题的金属表示可以用以接合部件的铜焊金属及其合金。可以将所有标出的金属用作碱金属或者组合用以形成合金。
镍&钴填充物金属：Ni、Cr、B、Si、Fe、C、P、S、Al、Ti、Mn、Cu、Zr、W、Co、Mo、Nb、Se
铜填充物金属：Cu、Ag、Zn、Sn、Fe、Mn、P、Pb、Al、Si
金填充物金属：Au、Cu、Pd、Ni
铝&镁填充物合金：Si、Cu、Mg、Bi、Fe、Zn、Mn、Cr、Ni、Ti、Be、Al
银填充物金属：Ag、Cu、Zn、Cd、Ni、Sn、Li、Mn
用于真空服务的填充物金属：Ag、Au、Cu、Ni、Co、Sn、Pd、In
表5：涂有焊剂的连续长度的铜焊材料的性质
-存在按重量≥5％量的焊剂。
-在约20°到25℃之间承受高达220psi的机械压力而不会与铜焊材料分离。
-弯曲半径范围：0.375英寸至1英寸而无表面破裂(特定的弯曲半径取决于特殊的焊剂涂层化合物2配方)
-可以形成为预型环、松开带卷、围绕卷轴缠绕。
-当去除热量时涂层烧接：≤0.125英寸(固体金属)。
-在约20°至25℃，吸收≤约1％水(按重量)。
-与所有颜色颜料或染料添加剂相适合。
表6：优选弹性体(粘合剂)性质
-分子量：10,000-1,000,000道尔顿(更优选地为150,000-500,000)
-玻璃转变温度(Tg)：40°至300°F
-抗张强度(psi，在约20°至25℃)：500-600
-吸水性(在约20°至25℃)：≤5％
-分解温度：100°至300℃
-包含至少5％(按重量)的焊剂涂层化合物。

Claims (24)

1.一种用于铜焊或焊接操作的丝，该丝包括：
金属材料的细长主体；
通道，所述通道具有沿着所述细长主体的长度形成的开口，所述开口的宽度为所述细长主体的横截面的主轴线的约30％-70％；
焊剂，所述焊剂位于所述通道内并沿着所述细长主体的长度的至少一部分，所述焊剂的表面露出；
其中，所述焊剂包括焊剂溶液和焊剂粉末，焊剂溶液包括溶剂、溶解于所述溶剂中的颗粒状聚合物或珠粒状聚合物，所述焊剂粉末添加到聚合物溶液中，并且，所述焊剂溶液在涂覆到所述细长主体时填充所述通道并且所述焊剂溶液随着其涂覆到所述细长主体而烘干至足够的硬度。
2.根据权利要求1所述的丝，其中所述细长主体形成环状圈，所述环状圈具有内壁和相对的外壁。
3.根据权利要求1所述的丝，其中所述金属材料选自：镍、钴、铜、金、铝、镁、银、这些金属的组合以及由这些金属形成的合金。
4.根据权利要求1所述的丝，其中所述溶剂选自：乙二醇醚醋酸盐、酒精、多元醇、烷烃醇胺、芳烃溶剂、萜烃、酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、酯、乙二醇、醚、乙烯基胺、脂肪族石脑油和水。
5.根据权利要求1所述的丝，其中
所述聚合物来源于二氧化碳；并且
所述聚合物为生物相容性的，使得热分解产生碳酸盐，所述碳酸盐蒸发以基本完全去除。
6.根据权利要求1所述的丝，其中所述聚合物是由二氧化碳与至少一种环氧化物进行共聚作用而制得的聚碳酸亚烃酯。
7.一种用于铜焊或焊接操作的丝，该丝包括：
金属材料的细长主体；
通道，所述通道沿着所述细长主体的长度形成并具有开口，所述开口的宽度为所述细长主体的横截面的主轴线的约30％-70％；
焊剂溶液，所述焊剂溶液位于所述通道内并包括焊剂材料和粘合剂材料，并且所述焊剂溶液在不经受后继处理烘干、加热或烘烤的情况下在所述通道中硬化至期望的硬度。
8.根据权利要求7所述的丝，其中所述粘合剂为聚合物基材料。
9.根据权利要求8所述的丝，其中所述聚合物基材料包括选自如下的聚合物：丙烯酸类聚合物和由二氧化碳的共聚作用制得的聚合物。
10.一种用于铜焊或焊接操作的丝，该丝包括：
金属材料的细长主体；
通道，所述通道具有沿着所述细长主体的长度形成的开口，所述开口的宽度为所述细长主体的横截面的主轴线的约30％-70％；
硬化焊剂溶液，所述硬化焊剂溶液是通过沿着所述细长主体的长度的至少一部分硬化所述通道内的焊剂溶液而形成的，所述焊剂溶液包括聚合物基粘合剂材料和焊剂材料，所述硬化焊剂溶液的表面通过所述通道内的所述开口露出，其中所述丝形成为环状圈，并且所述通道内的所述硬化焊剂溶液形成所述环状圈的内壁的一部分。
11.根据权利要求10所述的丝，其中所述通道内的所述硬化焊剂溶液的上表面位于跨越形成所述通道的最高点的假想线下方。
12.根据权利要求11所述的丝，其中所述假想线完全地沿着所述圈的内壁定位。
13.根据权利要求10所述的丝，其中所述聚合物基粘合剂材料包括选自如下的聚合物：丙烯酸类聚合物和由二氧化碳的共聚作用制得的聚合物。
14.根据权利要求13所述的丝，其中所述聚合物为聚碳酸亚烃酯。
15.根据权利要求10所述的丝，其中所述焊剂材料为铝基材料。
16.根据权利要求10所述的丝，其中所述细长主体的金属材料是铝合金。
17.根据权利要求10所述的丝，其中所述金属材料是包括按重量计至少为2％的铝的锌/铝合金。
18.根据权利要求10所述的丝，其中所述环状圈的内壁具有位于两个所述金属材料的条带之间的硬化焊剂溶液的条带。
19.根据权利要求10所述的丝，其中所述环状圈具有由空间隔开的相对端部。
20.根据权利要求10所述的丝，其中所述通道内的、在所述环状圈的内壁上的所述硬化焊剂溶液处于压缩状态。
21.一种用于铜焊或焊接操作的丝，该丝包括：
金属材料的细长主体，所述细长主体形成环状圈；
硬化焊剂溶液，所述硬化焊剂溶液是通过硬化包括聚合物基粘合剂材料和焊剂材料的溶液而形成的；
其中所述硬化焊剂溶液的表面形成所述环状圈的内壁的约30％至100％。
22.根据权利要求21所述的丝，还包括：
通道，所述通道容纳所述焊剂溶液；并且
其中，所述硬化焊剂溶液的表面形成所述内壁的约30％至约50％。
23.根据权利要求10所述的丝，其中所述开口的宽度为所述主轴线的约30％至50％。
24.根据权利要求10所述的丝，其中所述通道为螺旋形的。
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