CN103787595B - 玻璃和可伐合金的封接方法及封接体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻璃和可伐合金的封接方法及封接体，其中，所述封接方法包括如下步骤：S1.将待封接玻璃和可伐合金进行净化处理；S2.提供粒度为150～200目的玻璃粉和金属粉，混合并研磨制备焊料；S3.将S2中焊料均匀喷洒在待封接的可伐合金的四周边缘，将待封接的玻璃放置于可伐合金上，并保证玻璃与可伐合金紧密接触；S4.利用激光对待封接玻璃与可伐合金的交界处的焊料进行照射，获得玻璃与可伐合金形成的封接体。本发明的玻璃和可伐合金的封接方法在玻璃与可伐合金的交界处添加焊料，在利用激光对玻璃与可伐合金交界处进行直线照射，不但解决了玻璃激光透射率高致使激光加工困难的问题，而且使得玻璃和可伐合金能够进行紧密的连接和封接。
Description
技术领域
本发明涉及异质材料的连接技术领域，特别是涉及一种玻璃和可伐合金的封接方法、以及由该封接方法获得的封接体。
背景技术
中空玻璃是由两层或多层玻璃被间隔物均匀隔开，边部进行密封，中间形成干燥静止气体的玻璃制品。具体地，上述各层玻璃之间的间隔厚度一般为6、9、12mm，并在边缘利用复合胶条密封，或在边缘利用槽铝丁基胶和聚硫胶密封，当间隔物为气体时，该气体可以是空气或惰性气体等。中空玻璃因其保温性和隔音性而具有较为广泛的用途。
基于上述中空玻璃，玻璃也可与可伐合金相结合形成玻璃-可伐合金封接体。其中，可伐合金，也称铁镍钴合金。该合金在20～450℃范围内具有与硬玻璃相近的线膨胀系数和相应的硬玻璃能进行有效封接匹配，和较高的居里点以及良好的低温组织稳定性，合金的氧化膜致密，容易焊接和熔接，有良好可塑性，可切削加工，广泛用于制作电真空元件、发射管、显像管、开关管、晶体管以及密封插头和继电器外壳等。
就玻璃金属连接头而言，在玻璃与可伐合金连接过程中，由于玻璃与合金的热物理性能不匹配，使得玻璃金属连接接头在焊后往往产生巨大的残余热应力，而且随着被连接的玻璃与金属之间膨胀系数差越大，接头的残余热应力越大，致使接头的强度越低；或者是随着被连接金属的热膨胀系数与其弹性模量乘积增大，接头强度下降。
针对上述问题，有必要提供一种改良的玻璃和可伐合金的封接方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种玻璃和可伐合金的封接方法、以及由该封接方法获得的封接体。
为了实现上述目的之一，本发明的玻璃和可伐合金的封接方法，其包括如下步骤：
S1.将待封接玻璃和可伐合金进行净化处理；
S2.提供粒度为150～200目的玻璃粉和粒度为150～200目的金属粉，所述玻璃粉的质量分数大于等于90％且小于100％，所述金属粉的质量分数大于0％且小于等于10％，将玻璃粉和金属粉混合并研磨，保温后进行冷却处理形成焊料，备用；
所述玻璃粉按质量分数计包括如下组分：50.81～28.75％的SiO2，8.05～13.84％的CaO，33.55～46.21％的Na2O，所述金属粉包括可伐合金粉；
S3.将S2中焊料均匀喷洒在待封接的可伐合金的四周边缘，将待封接的玻璃放置于可伐合金上，并保证待封接的玻璃与可伐合金紧密接触；
S4.利用激光以30～180mm/min的扫描速度对待封接玻璃与可伐合金的交界处的焊料进行照射，获得玻璃与可伐合金形成的封接体。
作为本发明的进一步改进，所述净化处理包括对待封接可伐合金进行脱脂、去油处理后，再进行氧化处理。
作为本发明的进一步改进，所述氧化处理温度为700～800℃，并保温10～20min，形成的氧化层的厚度为3～7μm。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中，在球磨机中将玻璃粉和可伐合金混合研磨至少4h，混合研磨完毕后，在200℃的真空烘箱中保温至少2h后冷却，备用。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中焊料均匀喷洒于待封接的可伐合金的四周边缘后，焊料的厚度为3～10μm。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3在氩气气氛下进行。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中，利用激光器发射激光，所述激光器的功率为80～160W，脉宽为1.5～3.0ms，频率为5～10Hz，扫描速度为80～160mm/min，扫描次数为1～3道。
作为本发明的进一步改进，所述激光器为Nd-YAG激光器或光纤激光器。
为了实现上述另一发明目的，本发明还提供一种根据如上所述的玻璃和可伐合金的封接方法获得的封接体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的玻璃和可伐合金的封接方法通过优化工艺参数、精确控制热作用区及区内的温度分布，控制脉宽、频率、扫描速度，获得了低应力大尺寸的玻璃与可伐合金的封接体，该大尺寸的玻璃与可伐合金的封接体可以应用于建筑行业，并大幅度提高了产品的使用寿命，避免了现有技术中采用玻璃腻子而带来的环保问题。
本发明的玻璃和可伐合金的封接方法在玻璃与可伐合金的交界处添加焊料，在利用激光对玻璃与可伐合金交界处进行直线照射，不但解决了玻璃激光透射率高致使激光加工困难的问题，而且使得玻璃和可伐合金能够进行紧密的连接和封接。
此外，本发明的玻璃和可伐合金的封接方法通过选择合适的功率、频率、扫描速率，使玻璃恰好发生熔化并与可伐合金钢板结合，并且不发生玻璃局部受热集中而致玻璃炸裂，同时避免了封接过程中热输入过大导致玻璃直接被切断的问题。
本发明的玻璃和可伐合金的封接方法还具备能量可控性高、加工热影响区窄、加工效率高等优点，可更好的适应柔性制造环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的玻璃和可伐合金的封接方法一具体实施方式的方法流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的玻璃和可伐合金的封接方法，其包括如下步骤：
S1.将待封接玻璃和可伐合金进行净化处理。
其中，净化处理具体包括对待封接可伐合金进行脱脂、去油处理后，再进行氧化处理。所述氧化处理温度为700～800℃，并保温10～20min，形成的氧化层的厚度为3～7μm。
S2.提供粒度为150～200目的玻璃粉和粒度为150～200目的金属粉，所述玻璃粉的质量分数大于等于90％且小于100％，所述金属粉的质量分数大于0％且小于等于10％，将玻璃粉和金属粉混合并研磨，保温后进行冷却处理形成焊料，备用；
其中，所述玻璃粉按质量分数计包括如下组分：50.81～28.75％的SiO2，8.05～13.84％的CaO，33.55～46.21％的Na2O，所述金属粉包括可伐合金粉。
上述玻璃粉和金属粉进行混合并研磨时，可在球磨机中进行。具体地，在球磨机中将玻璃粉和可伐合金混合研磨至少4h，混合研磨完毕后，在200℃的真空烘箱中保温至少2h后冷却，形成的焊料备用。
S3.将S2中焊料均匀喷洒在待封接的可伐合金的四周边缘，将待封接的玻璃放置于可伐合金上，并保证待封接的玻璃与可伐合金紧密接触。
为了保证待封接的玻璃与可伐合金进行紧密接触，可以采用专用夹具将两者夹紧，保证两者充分接触，无肉眼可见间隙。此外，将焊料均匀喷洒于待封接的可伐合金的四周边缘时，保证焊料的厚度为3～10μm。且上述均匀喷洒焊料是在氩气气氛下进行的。
S4.利用激光以30～180mm/min的扫描速度对待封接玻璃与可伐合金的交界处的焊料进行照射，获得玻璃与可伐合金形成的封接体。
优选地，所述激光是利用激光器进行发射的，所述激光器为Nd-YAG激光器，其功率为80～160W，脉宽为1.5～3.0ms，频率为5～10Hz，扫描速度为80～160mm/min，扫描次数为1～3道。所述激光器还可以是光纤激光器。
本发明还公开一种由如上所述的玻璃和可伐合金的封接方法获得的封接体。该封接体包括玻璃、以及可伐合金，所述玻璃与可伐合金边缘之间设置有连接用的焊料，所述玻璃与可伐合金之间具有一定间隔。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
将尺寸为8×20×4mm(长×宽×厚)的视窗玻璃样品进行洁净化处理，将尺寸为10×25×1.5mm(长×宽×厚)的可伐合金钢板进行脱脂去油处理。再对可伐合金钢板氧化处理。氧化处理时，氧化处理温度控制在700℃，并保温10min，形成的氧化层的厚度控制在3μm。
将质量分数为90％的玻璃粉与质量分数为10％可伐合金粉混合，并在球磨机中混合4小时。取出来后在真空烘箱中于200℃温度下保温2小时，随炉冷却形成焊料，取出后待用。其中玻璃粉按质量百分数及包括如下组分：50.81％的SiO2，8.05％的CaO，33.55％的Na2O。粒度为150目。玻璃粉和可伐合金粉的粒度为150目。
在氩气气氛下，将焊料均匀的喷洒在金属四周边缘，厚度为3μm，将视窗玻璃样品置于经过处理的可伐合金钢板上，并用夹具将两者夹紧。
在距离焊料2mm处利用波长为1064nm的光纤激光器发射激光对视窗玻璃样品与可伐合金钢板界面处进行扫描，扫描过程中激光头不动，工作台做直线运动，扫描长度为78mm(X方向)和18mm(Y方向)，完成封接过程，获得封接体。其中，激光器功率为110W，脉宽为1.5ms，频率为7Hz，扫描速率为100mm/min。
经实验测试，采用本实施例的方法封接后获得的封装体的抗剪强度可达25MPa。
实施例2
将尺寸为8×20×4mm(长×宽×厚)的视窗玻璃样品进行洁净化处理，将尺寸为10×25×1.5mm(长×宽×厚)的可伐合金钢板进行脱脂去油处理。再对可伐合金钢板氧化处理。氧化处理时，氧化处理温度控制在800℃，并保温20min，形成的氧化层的厚度控制在7μm。
将质量分数为99％的玻璃粉与质量分数为1％可伐合金粉混合，并在球磨机中混合7小时。取出来后在真空烘箱中于200℃温度下保温3小时，随炉冷却形成焊料，取出后待用。其中玻璃粉按质量百分数及包括如下组分：28.75％的SiO2，13.84％的CaO，46.21％的Na2O。玻璃粉和可伐合金粉的粒度为200目。
在氩气气氛下，将焊料均匀的喷洒在金属四周边缘，厚度为10μm，将视窗玻璃样品置于经过处理的可伐合金钢板上，并用夹具将两者夹紧。
在距离焊料1mm处利用波长为1064nm的Nd-YAG型激光器发射激光对视窗玻璃样品与可伐合金钢板界面处进行扫描，扫描过程中激光头不动，工作台做直线运动，扫描长度为76mm(X方向)和16mm(Y方向)，完成封接过程，获得封接体。其中，激光器功率为130W，脉宽为2.5ms，频率为10Hz，扫描速率为40mm/min。
经实验测试，采用本实施例的方法封接后获得的封装体的抗剪强度可达35MPa。
实施例3
将尺寸为8×20×4mm(长×宽×厚)的视窗玻璃样品进行洁净化处理，将尺寸为10×25×1.5mm(长×宽×厚)的可伐合金钢板进行脱脂去油处理。再对可伐合金钢板氧化处理。氧化处理时，氧化处理温度控制在780℃，并保温18min，形成的氧化层的厚度控制在5.5μm。
将质量分数为95％的玻璃粉与质量分数为5％可伐合金粉混合，并在球磨机中混合7小时。取出来后在真空烘箱中于200℃温度下保温5小时，随炉冷却形成焊料，取出后待用。其中玻璃粉按质量百分数及包括如下组分：50％的SiO2，10％的CaO，40％的Na2O。玻璃粉的粒度为180目，可伐合金粉的粒度为190目。
在氩气气氛下，将焊料均匀的喷洒在金属四周边缘，厚度为4.5μm，将视窗玻璃样品置于经过处理的可伐合金钢板上，并用夹具将两者夹紧。
在距离焊料3mm处利用波长为940nm的Nd-YAG型激光器发射激光对视窗玻璃样品与可伐合金钢板界面处进行扫描，扫描过程中激光头不动，工作台做直线运动，扫描长度为78mm(X方向)和18mm(Y方向)，完成封接过程，获得封接体。其中，激光器功率为160W，脉宽为1.8ms，频率为8Hz，扫描速率为160mm/min。
经实验测试，采用本实施例的方法封接后获得的封装体的抗剪强度可达40MPa。
与现有技术相比，本发明的玻璃和可伐合金的封接方法通过优化工艺参数、精确控制热作用区及区内的温度分布，控制脉宽、频率、扫描速度，获得了低应力大尺寸的玻璃与可伐合金的封接体，该大尺寸的玻璃与可伐合金的封接体可以应用于建筑行业，并大幅度提高了产品的使用寿命，避免了现有技术中采用玻璃腻子而带来的环保问题。
本发明的玻璃和可伐合金的封接方法在玻璃与可伐合金的交界处添加焊料，在利用激光对玻璃与可伐合金交界处进行直线照射，不但解决了玻璃激光透射率高致使激光加工困难的问题，而且使得玻璃和可伐合金能够进行紧密的连接和封接。
此外，本发明的玻璃和可伐合金的封接方法通过选择合适的功率、频率、扫描速率，使玻璃恰好发生熔化并与可伐合金钢板结合，并且不发生玻璃局部受热集中而致玻璃炸裂，同时避免了封接过程中热输入过大导致玻璃直接被切断的问题。
本发明的玻璃和可伐合金的封接方法还具备能量可控性高、加工热影响区窄、加工效率高等优点，可更好的适应柔性制造环境。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种玻璃和可伐合金的封接方法，其特征在于，所述封接方法包括如下步骤：
S1.将待封接玻璃和可伐合金进行净化处理；
S2.提供粒度为150～200目的玻璃粉和粒度为150～200目的金属粉，所述玻璃粉的质量分数大于等于90％且小于100％，所述金属粉的质量分数大于0％且小于等于10％，将玻璃粉和金属粉混合并研磨，保温后进行冷却处理形成焊料，备用；
所述玻璃粉按质量分数计包括如下组分：28.75～50.81％的SiO2，8.05～13.84％的CaO，33.55～46.21％的Na2O，所述金属粉包括可伐合金粉；
S3.将S2中焊料均匀喷洒在待封接的可伐合金的四周边缘，将待封接的玻璃放置于可伐合金上，并保证待封接的玻璃与可伐合金紧密接触；
S4.利用激光以30～180mm/min的扫描速度对待封接玻璃与可伐合金的交界处的焊料进行照射，获得玻璃与可伐合金形成的封接体。
2.根据权利要求1所述的玻璃和可伐合金的封接方法，其特征在于，所述净化处理包括对待封接可伐合金进行脱脂、去油处理后，再进行氧化处理。
3.根据权利要求2所述的玻璃和可伐合金的封接方法，其特征在于，所述氧化处理温度为700～800℃，并保温10～20min，形成的氧化层的厚度为3～7μm。
4.根据权利要求1所述的玻璃和可伐合金的封接方法，其特征在于，所述步骤S2中，在球磨机中将玻璃粉和可伐合金混合研磨至少4h，混合研磨完毕后，在200℃的真空烘箱中保温至少2h后冷却，备用。
5.根据权利要求1所述的玻璃和可伐合金的封接方法，其特征在于，所述步骤S3中焊料均匀喷洒于待封接的可伐合金的四周边缘后，焊料的厚度为3～10μm。
6.根据权利要求1所述的玻璃和可伐合金的封接方法，其特征在于，所述步骤S3在氩气气氛下进行。
7.根据权利要求1所述的玻璃和可伐合金的封接方法，其特征在于，所述步骤S4中，利用激光器发射激光，所述激光器的功率为80～160W，脉宽为1.5～3.0ms，频率为5～10Hz，扫描速度为80～160mm/min，扫描次数为1～3道。
8.根据权利要求7所述的玻璃和可伐合金的封接方法，其特征在于，所述激光器为Nd-YAG激光器或光纤激光器。
9.一种根据权利要求1～8任一项所述的玻璃和可伐合金的封接方法获得的封接体。
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