CN103193500A - 一种金属与陶瓷结合的组件及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属与陶瓷结合的组件及其制作方法，金属与陶瓷结合的组件包括金属部件、介质部件和陶瓷部件；金属部件与介质部件的第一区域固定，陶瓷部件与介质部件的第二区域固定；其中，介质部件的热膨胀系数与陶瓷部件的热膨胀系数相同或者两者差值小于阈值。通过上述方式，本发明既能够实现金属与陶瓷结合的组件中的金属部件与陶瓷部件的可靠连接，又降低金属与陶瓷结合的组件的成本。

Description

一种金属与陶瓷结合的组件及其制作方法

技术领域

本发明涉及连接技术领域，特别是涉及一种金属与陶瓷结合的组件及其制作方法。

背景技术

陶瓷具有耐磨、耐蚀、耐高温、导热以及强绝缘性等其它优良的电学性能等特点，因此，陶瓷除了用作餐具、洁具外，还是广泛应用于电子通信行业中，通过与金属结合制作成金属与陶瓷结合的组件。

金属与陶瓷结合的组件中的陶瓷与金属的连接必须是可靠的、高性能的连接。而要实现陶瓷与金属的可靠连接，必须使用热膨胀系数与陶瓷相同或者相近的金属，比如：殷钢、Kovar合金、CuW合金、CuMo合金、铍氧化铍合金、钛合金等。若金属的热膨胀系数与陶瓷的热膨胀系数差异较大，在温度变化范围和速率较大的情况下，连接界面容易出现热膨胀系数失配，收缩变形量不一致，进而引发热应力，会使得陶瓷与金属连接界面出现裂纹，使其电磁性能变差甚至功能失效。

但目前常用的与陶瓷连接的金属存在种种不足或缺点，比如：价格昂贵，电磁性能不好，重量过重难以满足金属与陶瓷结合的组件的小型化、轻量化的需求等。

发明内容

本发明实施方式主要解决的技术问题是提供一种金属与陶瓷结合的组件及其制作方法，既能够实现金属与陶瓷结合的组件中的金属部件与陶瓷部件的可靠连接，又降低金属与陶瓷结合的组件的成本。

第一方面，提供金属与陶瓷结合的组件包括金属部件、介质部件和陶瓷部件；金属部件与介质部件的第一区域固定，陶瓷部件与介质部件的第二区域固定；其中，介质部件的热膨胀系数与陶瓷部件的热膨胀系数相同或者两者差值小于阈值。

结合第一方面的实现方式，在第一方面的第一种可能实现方式中，介质部件的材料为铝硅或者铝碳化硅；其中，铝硅中的铝和硅的粒度和比例是根据陶瓷部件的热膨胀系数确定，铝碳化硅的中铝和碳化硅的粒度和比例是根据陶瓷部件的热膨胀系数确定。

结合第一方面的实现方式，在第一方面的第二种可能实现方式中，介质部件的材料为铁。

结合第一方面的实现方式，在第一方面的第三种可能实现方式中，金属部件面向陶瓷部件的一表面设置有一凹槽，并且凹槽的形状与介质部件的形状相一致；介质部件嵌接于凹槽内，从而使得金属部件与介质部件的第一区域固定。

结合第一方面的第三种可能实现方式，在第一方面的第四种可能实现方式中，介质部件是通过嵌铸或者镶嵌工艺嵌接于金属部件的凹槽内。

结合第一方面的实现方式，在第一方面的第五种可能实现方式中，金属与陶瓷结合的组件还包括第一镀层、第二镀层和焊料层；第一镀层设置于介质部件的第二区域与陶瓷部件之间；第二镀层设置于陶瓷部件与第一镀层之间；焊料层设置于第一镀层与第二镀层之间，以使介质部件与陶瓷部件焊接固定。

结合第一方面的五种可能实现方式，在第一方面的第六种可能实现方式中，第一镀层的数量至少为一层。

结合第一方面的五种可能实现方式，在第一方面的第七种可能实现方式中，第一镀层和第二镀层的厚度均为1～25微米。

结合第一方面的五种可能实现方式，在第一方面的第八种可能实现方式中，第一镀层和第二镀层的材料至少为铜、银、金中一种。

第二方面，提供一种金属与陶瓷结合的组件的制作方法，包括：

制作金属部件、介质部件和陶瓷部件，并使介质部件的第一区域与金属部件固定，以及使介质部件的第二区域与陶瓷部件固定；其中，介质部件的热膨胀系数与陶瓷部件的热膨胀系数相同或者两者差值小于阈值。

结合第二方面的实现方式，在第二方面的第一种可能实现方式中，制作金属部件与介质部件，并使介质部件的第一区域与金属部件固定步骤包括：根据金属与陶瓷结合的组件的设计要求，制作介质部件；将介质部件固定于第一模具相应的位置上；向第一模具注入液体金属，并冷却液体金属形成金属部件，并使得介质部件的第一区域与金属部件固定。

结合第二方面的实现方式，在第二方面的第二种可能实现方式中，制作金属部件和介质部件，并使介质部件的第一区域与金属部件固定的步骤包括：根据金属与陶瓷结合的组件的设计要求，制作介质部件和金属部件；使金属部件设置一凹槽，凹槽的形状与介质部件的形状相一致；将介质部件嵌接于金属部件的凹槽，从而使得介质部件的第一区域与金属部件固定。

结合第二方面的实现方式，在第二方面的第三种可能实现方式中，介质部件的材料为铝硅或者铝碳化硅；根据金属与陶瓷结合的组件的设计要求，制作介质部件的步骤包括：根据陶瓷部件的热膨胀系数确定铝硅中铝和硅的粒度和比例，或者铝碳化硅中铝和碳化硅的粒度和比例；采用粘结剂将碳化硅或者硅粘结成预定的疏松结构体，其中，预定的疏松结构体设置有多个开孔；将预定的疏松结构体固定于第二模具上，并沿多个开孔向预定的疏松结构体注入液体铝，并冷却液体铝后，获得介质部件。

结合第二方面的实现方式，在第二方面的第四种可能实现方式中，介质部件的材料为铁。结合第二方面的实现方式，在第二方面的第五种可能实现方式中，使介质部件的第二区域与陶瓷部件相互固定的步骤包括：在介质部件的第二区域与陶瓷部件之间设置第一镀层；在陶瓷部件与第一镀层之间设置第二镀层；在第一镀层与第二镀层之间，设置上焊料层，从而使得介质部件的第二区域与陶瓷部件固定。

结合第二方面的第四种可能实现方式，在第二方面的第五种可能实现方式中，第一镀层和第二镀层的厚度均为1～25微米。

结合第二方面的第四种可能实现方式，在第二方面的第六种可能实现方式中，第一镀层和第二镀层的材料至少为铜、银、金中一种。

本发明实施方式的有益效果是：使金属部件与介质部件相互固定，使得介质部件与陶瓷部件相互固定，从而实现金属部件与介质部件的间接固定。其中，由于介质部件的热膨胀系数与陶瓷的热膨胀系数相同或者两者差值小于阈值，实现介质部件和陶瓷部件之间的可靠连接，进而间接实现金属部件与陶瓷部件的可靠连接。进一步，由于与金属部件结合的材料不是陶瓷部件，而是介质部件，因此金属部件的材料可使用电磁性能好，价格又比较便宜的材料，降低金属与陶瓷结合的组件的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明金属与陶瓷结合的组件第一实施方式的部份截面示意图；

图2是本发明金属与陶瓷结合的组件第二实施方式的部份截面示意图；

图3是本发明金属与陶瓷结合的组件的制作方法实施方式的流程图；

图4是本发明金属与陶瓷结合的组件的制作方法实施方式中固定金属部件与介质部件的方法的流程图；

图5是本发明金属与陶瓷结合的组件的制作方法实施方式中固定金属部件与介质部件另一方法的流程图；

图6是本发明金属与陶瓷结合的组件的制作方法实施方式中制作介质部件的方法流程图;

图7是本发明金属与陶瓷结合的组件的制作方法实施方式中固定陶瓷部件与介质部件的方法的流程图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明金属与陶瓷结合的组件第一实施方式的部份截面示意图。如图所示，金属与陶瓷结合的组件10包括金属部件11、介质部件12和陶瓷部件13。

金属部件11与介质部件12的第一区域121固定。其中，金属部件11与介质部件12的第一区域121固定的方式可为：可预先在金属部件11设置一凹槽111（未标示），通过嵌铸或者镶嵌工艺将介质部件12嵌接于凹槽内，从而使得金属部件11与介质部件12的第一区域121固定，或者，预先设计好金属部件11的第一模具（图未示），将介质部件12固定于第一模具相应位置上，接着往第一模具内注入液体金属，并冷却该液体金属形成金属部件11，其中，介质部件12的第一区域121与金属部件11固定。

值得说明的是：介质部件12的第一区域121为介质部件12没入金属部件11内，并与金属部件11相接触的区域。

介质部件12的第二区域122与陶瓷部件13固定，从而使得陶瓷部件13与金属部件12间接固定。其中，介质部件12的第二区域122与陶瓷部件13固定方式可为焊接固定。

进一步的，为了保障介质部件12与陶瓷部件13的连接的可靠性及稳定性，避免因温度变化范围和速率变化较大，介质部件12与陶瓷部件13的连接出现裂纹，影响介质部件12与陶瓷部件13连接的可靠性，选择热膨胀系数与陶瓷部件13的热膨胀系数相同或者两者之间的差值小于阈值的材料作为介质部件12的材料，例如铁、铝硅或者铝碳化硅等，在本发明实施方式中，热膨胀系数阈值可为10×10^-5m/°C。

需要说明的是：铝硅的热膨胀系数是由铝和硅的粒度决定的，铝碳化硅的热膨胀系数是由铝和碳化硅的粒度和比例决定的。因此，可根据陶瓷部件13热膨胀系数，配置铝和硅的粒度和比例，或者，铝和碳化硅的粒度和比例，使得铝化硅或者铝碳化硅的热膨胀系数与陶瓷部件13的热膨胀系数相同或者两者之间差值小于阈值。

在本发明实施方式中，金属部件11与介质部件12固定，介质部件12与陶瓷部件13固定，从而实现金属部件11与陶瓷部件13的间接固定。其中，介质部件12的热膨胀系数与陶瓷部件13的热膨胀系数相同或者两者差值小于阈值，使得介质部件12与陶瓷部件13之间实现可靠连接，从而间接实现金属部件11与陶瓷部件13的可靠连接。进一步的，由于与金属部件11结合不是陶瓷部件13，而是介质部件12，因此金属部件11的材料可使用电磁性能好，价格又比较便宜的材料，降低金属与陶瓷结合的组件10的成本。

请参阅图2，图2是本发明金属与陶瓷结合的组件第二实施方式的部份截面示意图。如图所示，金属与陶瓷结合的组件20包括金属部件21、介质部件22和陶瓷部件23。

金属部件21与介质部件22的第一区域221固定。在本发明实施方式中，金属部件21与介质部件22的第一区域221固定的方式：可预先在金属部件21面向陶瓷部件23的一表面设置一凹槽211，通过嵌铸或者镶嵌工艺将介质部件22嵌接于凹槽内，使得金属部件21与介质部件22的第一区域221固定，或者，预先设计好金属部件21的第一模具（图未示），将介质部件22固定于第一模具相应位置上，接着往第一模具内注入液体金属，并冷脚该液体金属形成金属部件21，从而使得介质部件22的第一区域221与金属部件21固定。

值得注意的是：第一区域221为指介质部件22没入金属部件21的区域，例如：介质部件22的一端没入金属部件21，并另一端露出金属部件21，则介质部件22没入金属部件21的一端及侧壁为第一区域221，又或者，介质部件22贯穿金属部件21，两端部均露出金属部件21，则介质部件22的侧壁为第一区域221。

金属与陶瓷结合的组件20还包括第一镀层24、第二镀层26和焊料层25。第一镀层24设置于介质部件22的第二区域222与陶瓷部件23之间。第二镀层26设置于陶瓷部件23与第一镀层24之间。焊料层26设置于第一镀层24与第二镀层26之间，以使介质部件22与陶瓷部件23焊接固定。其中，第一镀层24的数据为两层。第一镀层24和第二镀层26的厚度均为1～25微米。第一镀层24和第二镀层26的材料均为非铁磁性的材料，例如：铜、银、金任意一种或者多种的组合物。通过在陶瓷部件23与介质部件22之间设置非铁磁性材料的镀层，既增加了陶瓷部件23与介质部件22焊接性能，又减少对金属与陶瓷结合的组件20的电磁干扰。

进一步的，介质部件22的热膨胀系数与陶瓷部件23的热膨胀系数相同或者两者之间的差值小于阈值，保障介质部件22与陶瓷部件23的连接的可靠性及稳定性，避免因温度范围和速率变化较大，介质部件22与陶瓷部件23的连接出现裂纹，进而影响介质部件22与陶瓷部件23的连接性能。其中，介质部件22的材料可为铁、铝硅或者铝碳化硅等。热膨胀系数阈值可为10×10^-5m/°C

需要说明的是：铝硅的热膨胀系数是由铝和硅的粒度和比例决定的，铝碳化硅的热膨胀系数是由铝和碳化硅的粒度和比例决定的。因此，可根据陶瓷部件23热膨胀系数，配置铝和硅的粒度和比例，或者，铝和碳化硅的粒度和比例，使得铝化硅或者铝碳化硅的热膨胀系数与陶瓷部件23的热膨胀系数相同或者两者之间差值小于阈值。

在本发明实施方式中，金属部件21通过介质部件22与陶瓷部件23的间接固定，并且介质部件12的热膨胀系数与陶瓷部件23的热膨胀系数相同或者两者差值小于阈值，从而使得介质部件22与陶瓷部件23之间实现可靠连接，进而间接实现金属部件21与陶瓷部件23的可靠连接。进一步的，由于与金属部件21结合不是陶瓷部件23，而是介质部件22，因此金属部件21的材料可使用电磁性能好，价格又比较便宜的材料，降低金属与陶瓷结合的组件20的成本。

请参阅图3，图3是本发明金属与陶瓷结合的组件的制作方法第一实施方式的流程图。如图所示，方法包括:

步骤S301：制作金属部件和介质部件，并使介质部件的第一区域与金属部件固定；

其中，介质部件的第一区域与金属部件固定方式可通过嵌接固定也可通过浇铸固定。若为嵌接固定时，如图4所示，则步骤S301又可包括：

子步骤S3011：根据金属与陶瓷结合的组件的设计要求，制作介质部件和金属部件；

子步骤S3012：使金属部件面向陶瓷部件的一表面设置一凹槽，凹槽的形状与介质部件的形状相一致；

子步骤S3013：将介质部件嵌接于金属部件的凹槽，从而使得介质部件的第一区域与金属部件固定。

若为浇铸固定时，如图5所示，则步骤S301又可包括：

子步骤S3111：根据金属与陶瓷结合的组件的设计要求，制作介质部件和金属部件的第一模具；

子步骤S3112：将介质部件固定于第一模具相应的位置上；

子步骤S3113：向第一模具注入液体金属，并冷却液体金属形成金属部件，从而使得介质部件的第一区域与金属部件固定。

其中，介质部件的热膨胀系数与陶瓷部件的热膨胀系数相同或者两者之间的差值小于阈值，使得介质部件与陶瓷部件之间的连接更可靠。在本发明实施方式中，介质部件12材料为铁、铝硅或者铝碳化硅等等，热膨胀系数阈值可为10×10^-5m/°C。若介质部件12的材料为铝硅或者铝碳化硅时，如图6所示，则子步骤S3011和子步骤S3111中根据金属与陶瓷结合的组件的设计要求，制作介质部件的子步骤又可包括：

子步骤S3211：根据陶瓷部件的热膨胀系数确定铝硅中铝和硅的粒度和比例，或者铝碳化硅中铝和碳化硅的粒度和比例；

子步骤S3212：采用粘结剂将碳化硅或者硅粘结成预定的疏松结构体，其中，预定的疏松结构体设置有多个开孔；

子步骤S3213：将预定的疏松结构体固定于第二模具上，并沿多个开孔向预定的疏松结构体注入液体铝，并冷却液体铝后，获得介质部件。

步骤S302：制作陶瓷部件，并使介质部件的第二区域与陶瓷部件固定。

其中，陶瓷部件与介质部件的第二区域的固定通常为焊接固定，如图7所示，则步骤S302又可包括：

子步骤S3021：介质部件的第二区域与陶瓷部件之间设置第一镀层；

子步骤S3022：在陶瓷部件与第一镀层之间设置第二镀层；

子步骤S3023：在第一镀层与第二镀层之间，设置上焊料层，从而使得介质部件的第二区域与陶瓷部件固定。

第一镀层的数量为两层。第一镀层和第二镀层的厚度均为1～25微米。第一镀层和第二镀层的材料为非铁磁性的材料，例如：铜、银、金任意一种或者多种的组合物。通过在陶瓷部件与介质部件之间设置非铁磁性材料的镀层，既增加了陶瓷部件与介质部件焊接性能，又减少对金属与陶瓷结合的组件的电磁干扰。

需要说明的是：步骤S301和步骤S302并没有先后顺序关系，可以先全部制作完成金属部件、陶瓷部件和介质部件，将陶瓷部件与介质部件固定，然后再将介质部件与金属部件固定。

在本发明实施方式中，通过将金属部件与介质部件固定，介质部件与陶瓷部件固定，从而实现金属部件与陶瓷部件的间接固定，并且介质部件的热膨胀系数与陶瓷部件的热膨胀系数相同或者两者差值小于阈值，从而使得介质部件与陶瓷部件之间实现可靠连接，进而间接实现金属部件与陶瓷部件的可靠连接。进一步的，由于与金属部件结合不是陶瓷部件，而是介质部件，因此金属部件的材料可使用电磁性能好，价格又比较便宜的材料，降低金属与陶瓷结合的组件的成本。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (17)

1.一种金属与陶瓷结合的组件，其特征在于，

所述金属与陶瓷结合的组件包括金属部件、介质部件和陶瓷部件；

所述金属部件与所述介质部件的第一区域固定，所述陶瓷部件与所述介质部件的第二区域固定；

其中，所述介质部件的热膨胀系数与所述陶瓷部件的热膨胀系数相同或者两者差值小于阈值。

2.根据权利要求1所述的金属与陶瓷结合的组件，其特征在于，

所述介质部件的材料为铝硅或者铝碳化硅；

其中，所述铝硅中的铝和硅的粒度和比例是根据陶瓷部件的热膨胀系数确定，所述铝碳化硅的中铝和碳化硅的粒度和比例是根据陶瓷部件的热膨胀系数确定。

3.根据权利要求1所述的金属与陶瓷结合的组件，其特征在于，

所述介质部件的材料为铁。

4.根据权利要求1所述的金属与陶瓷结合的组件，其特征在于，所述金属部件面向陶瓷部件的一表面设置有一凹槽，并且所述凹槽的形状与介质部件的形状相一致；

所述介质部件嵌接于所述凹槽内，从而使得所述金属部件与所述介质部件的第一区域固定。

5.根据权利要求4所述的金属与陶瓷结合的组件，其特征在于，

所述介质部件是通过嵌铸或者镶嵌工艺嵌接于金属部件的凹槽内。

6.根据权利要求1所述的金属与陶瓷结合的组件，其特征在于，

所述金属与陶瓷结合的组件还包括第一镀层、第二镀层和焊料层；

所述第一镀层设置于所述介质部件的第二区域与所述陶瓷部件之间；

所述第二镀层设置于所述陶瓷部件与所述第一镀层之间；

所述焊料层设置于所述第一镀层与第二镀层之间，以所述使介质部件与陶瓷部件焊接固定。

7.根据权利要求6所述的金属与陶瓷结合的组件，其特征在于，

所述第一镀层的数量至少为一层。

8.根据权利要求6所述的金属与陶瓷结合的组件，其特征在于，

所述第一镀层和第二镀层的厚度均为1～25微米。

9.根据权利要求6所述的金属与陶瓷结合的组件，其特征在于，

所述第一镀层和第二镀层的材料至少为铜、银、金中一种。

10.一种金属与陶瓷结合的组件的制作方法，其特征在于，所述方法包括：

制作金属部件、介质部件和陶瓷部件，并使所述介质部件的第一区域与所述金属部件固定，以及使所述介质部件的第二区域与所述陶瓷部件固定；

其中，所述介质部件的热膨胀系数与陶瓷部件的热膨胀系数相同或者两者差值小于阈值。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述制作金属部件与介质部件，并使所述介质部件的第一区域与金属部件固定步骤包括：

根据所述金属与陶瓷结合的组件的设计要求，制作所述介质部件和金属部件的第一模具；

将所述介质部件固定于所述第一模具相应的位置上；

向所述第一模具注入液体金属，并冷却所述液体金属形成所述金属部件，从而使得所述介质部件的第一区域与所述金属部件固定。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，制作金属部件和介质部件，并使所述介质部件的第一区域与所述金属部件固定的步骤包括：

根据所述金属与陶瓷结合的组件的设计要求，制作所述介质部件和金属部件；

使所述金属部件设置一凹槽，所述凹槽的形状与所述介质部件的形状相一致；

将所述介质部件嵌接于所述金属部件的凹槽，从而使得所述介质部件的第一区域与所述金属部件固定。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

所述介质部件的材料为铝硅或者铝碳化硅；

所述根据金属与陶瓷结合的组件的设计要求，制作所述介质部件的步骤包括：

根据陶瓷部件的热膨胀系数确定铝硅中铝和硅的粒度和比例，或者铝碳化硅中铝和碳化硅的粒度和比例；

采用粘结剂将碳化硅或者硅粘结成预定的疏松结构体，其中，所述预定的疏松结构体设置有多个开孔；

将所述预定的疏松结构体固定于第二模具上，并沿所述多个开孔向所述预定的疏松结构体注入液体铝，并冷却所述液体铝后，获得所述介质部件。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

所述介质部件的材料为铁。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述使所述介质部件的第二区域与陶瓷部件相互固定的步骤包括：

在所述介质部件的第二区域与陶瓷部件之间设置第一镀层；

在所述陶瓷部件与所述第一镀层之间设置第二镀层；

在所述第一镀层与所述第二镀层之间，设置上焊料层，从而使得所述介质部件的第二区域与所述陶瓷部件固定。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，

所述第一镀层和所述第二镀层的厚度均为1～25微米。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，

所述第一镀层和所述第二镀层的材料至少为铜、银、金中一种。

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