CN106365668A - 一种Al2O3陶瓷与钛环的扩散连接方法 - Google Patents

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宋晓国
曹健
张丽霞
牛红伟
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Harbin Institute of Technology Weihai
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Abstract

本发明涉及一种Al2O3陶瓷和钛环的扩散连接方法，将待连接Al2O3陶瓷和钛环放入丙酮中超声清洗5min~10min；将钛环的待连接面朝下置于Al2O3陶瓷薄片的待连接面上，装配成Al2O3陶瓷/钛环的装配件；将得到的装配件放置在真空加热炉中，施加压力为1MPa~15MPa，当真空度达到(1.3~2.0)×10‑3Pa时，通电加热，控制升温速度为5℃/min~15℃/min，升温至900~1000℃，然后保温60min~120min，再控制冷却速度为3℃/min~10℃/min，冷却至300℃，然后随炉冷却，即完成Al2O3陶瓷与钛环的扩散连接。本发明所得Al2O3陶瓷/钛环接头组织致密，具有较高强度，可应用于人造视网膜结构。

Description

一种Al2O3陶瓷与钛环的扩散连接方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种Al2O3陶瓷与钛环的扩散连接方法。
背景技术
随着科技的进步，人造视网膜技术得到了较快的发展，该技术是利用电子器件替换失去功能的视网膜，使用电流刺激依然完好的视神经，帮助患者获得基本的视觉。Al2O3陶瓷由于其强度高、绝缘性好，可用作人造视网膜结构中。金属钛作为一种具有良好生物兼容性的材料，常应用于植入医学领域，可用作人造视网膜结构的连接件。因此，将Al2O3陶瓷圆片与钛环连接起来，可作为人造视网膜中的重要结构。
由于Al2O3陶瓷与钛在物理化学性能方面存在着较大的差异，很难获得既满足结构的强度要求、又符合植入结构生物兼容性的接头。Al2O3陶瓷与钛环的连接方法多是采用钎焊连接。一般说来，采用Ag基钎料即可获得较好的Al2O3陶瓷与钛的钎焊接头，然而，Ag基钎料的钎焊接头界面生物兼容性较差，不满足结构的植入要求，因此不能采用Ag基钎料进行连接。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提供一种工艺简单，连接可靠的人造视网膜中Al2O3陶瓷与钛环的扩散连接方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种Al2O3陶瓷与钛环的扩散连接方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(一)、将待连接Al2O3陶瓷和钛环放入丙酮中超声清洗5min~10min；
(二)、将钛环的待连接面朝下置于Al2O3陶瓷薄片的待连接面上，装配成Al2O3陶瓷/钛环的装配件；
(三)、将步骤(二)得到的装配件放置在真空加热炉中，施加压力为1MPa~15MPa，当真空度达到(1.3~2.0)×10-3Pa时，通电加热，控制升温速度为5℃/min~15℃/min，升温至900~1000℃，然后保温60min~120min，再控制冷却速度为3℃/min~10℃/min，冷却至300℃，然后随炉冷却，即完成Al2O3陶瓷与钛环的扩散连接。
进一步，所述步骤(三)中施加压力为5Mpa，真空加热炉的真空度为1.5×10-3Pa，控制升温速度为10℃/min，扩散温度为950℃，保温时间为90min，冷却速度为5℃/min。
本发明采用扩散连接，实现了对Al2O3陶瓷与钛环的连接，通过控制温度900℃~1000℃，保温时间60min~120min和施加压力1~15MPa，以控制反应层的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，成功实现了对Al2O3陶瓷与钛环的连接，并获得了可靠的接头。对照现有技术，本发明的有益效果是：能够实现人造视网膜结构中的Al2O3陶瓷基板与钛金属圆环生物兼容性连接。钛环中的Ti通过与Al2O3陶瓷的反应，连接界面形成化合物，实现冶金连接。本发明中Al2O3陶瓷与钛环可成功连接，扩散焊有焊接质量高、焊后无需加工、无塑性变形、不需要添加任何钎料的优点。将该Al2O3陶瓷与钛环的连接件用于人工视网膜结构件中，与其他功能构件复合使用，可稳定实现人造视网膜的功能，具有极大的应用前景。
具体实施方式
一种Al2O3陶瓷与钛环的扩散连接方法，其包括以下步骤：
(一)、将待连接Al2O3陶瓷和钛环放入丙酮中超声清洗5min~10min；
(二)、将钛环的待连接面朝下置于Al2O3陶瓷薄片的待连接面上，装配成Al2O3陶瓷/钛环的装配件；
(三)、将步骤(二)得到的装配件放置在真空加热炉中，施加压力为1MPa~15MPa，当真空度达到(1.3~2.0)×10-3Pa时，通电加热，控制升温速度为5℃/min~15℃/min，升温至900~1000℃，然后保温60min~120min，再控制冷却速度为3℃/min~10℃/min，冷却至300℃，然后随炉冷却，即完成Al2O3陶瓷与钛环的扩散连接。
本发明采用扩散连接，按照Al2O3陶瓷/钛环将试样装配放入真空炉中，施加压力；启动真空泵达到真空度要求后通电加热并保温，然后随炉冷却至室温，即完成Al2O3陶瓷和钛环的直接扩散连接。通过控制扩散温度900℃~1000℃，保温时间60min~120min和施加压力1MPa~15MPa，以控制反应层的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Al2O3陶瓷与钛环的连接，并获得了可靠的接头。接头组织致密，具有较高强度。
实施例1：一种扩散连接Al2O3陶瓷和钛环的方法，其包括以下步骤：
(一)、将待连接Al2O3陶瓷和钛环放入丙酮中超声清洗10min；
(二)、将钛环的待连接面朝下置于Al2O3陶瓷薄片的待连接面上，装配成Al2O3陶瓷/钛环的装配件；
(三)、将步骤(二)得到的装配件放置在真空加热炉中，施加压力为15MPa，当真空度达到1.3×10-3Pa时，通电加热，控制升温速度为15℃/min，升温至1000℃，然后保温60minmin，再控制冷却速度为3℃/min，冷却至300℃，然后随炉冷却，即完成扩散连接Al2O3陶瓷与钛环。
本发明中Al2O3陶瓷与钛环可成功实现连接，将Al2O3陶瓷与钛环的连接件用于人工视网膜结构件中，可稳定实现人造视网膜的功能，具有极大的应用前景。
实施例2：一种扩散连接Al2O3陶瓷和钛环的方法，具体是按照以下步骤完成的：
(一)、将待连接Al2O3陶瓷和钛环放入丙酮中超声清洗8min；
(二)、将钛环的待连接面朝下置于Al2O3陶瓷薄片的待连接面上，装配成Al2O3陶瓷/钛环的装配件；
(三)、将步骤(二)得到的装配件放置在真空加热炉中，施加压力为1MPa，当真空度达到2.0×10-3Pa时，通电加热，控制升温速度为5℃/min，升温至950℃，然后保温70min，再控制冷却速度为10℃/min，冷却至300℃，然后再随炉冷却，即完成扩散连接Al2O3陶瓷与钛环的方法。
实施例3：本实施例一种扩散连接Al2O3陶瓷和钛环的方法，具体是按照以下步骤完成的：
(一)、将待连接Al2O3陶瓷和钛环放入丙酮中超声清洗5min；
(二)、将钛环的待连接面朝下置于Al2O3陶瓷薄片的待连接面上，装配成Al2O3陶瓷/钛环的装配件；
(三)、将步骤(二)得到的装配件放置在真空加热炉中，施加压力为5MPa，当真空度达到1.5×10-3Pa时，通电加热，控制升温速度为10℃/min，升温至950℃，然后保温90min，再控制冷却速度为5℃/min，冷却至300℃，然后再随炉冷却，即完成扩散连接Al2O3陶瓷与钛环的方法。
实施例4：本实施例一种扩散连接Al2O3陶瓷和钛环的方法，具体是按照以下步骤完成的：
(一)、将待连接Al2O3陶瓷和钛环放入丙酮中超声清洗6min；
(二)、将钛环的待连接面朝下置于Al2O3陶瓷薄片的待连接面上，装配成Al2O3陶瓷/钛环的装配件；
(三)、将步骤(二)得到的装配件放置在真空加热炉中，施加压力为12MPa，当真空度达到1.5×10-3Pa时，通电加热，控制升温速度为10℃/min，升温至900℃，然后保温120min，再控制冷却速度为5℃/min，冷却至300℃，然后再随炉冷却，即完成扩散连接Al2O3陶瓷与钛环的方法。

Claims (2)

1.一种Al2O3陶瓷与钛环的扩散连接方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(一)、将待连接Al2O3陶瓷和钛环放入丙酮中超声清洗5min~10min；
(二)、将钛环的待连接面朝下置于Al2O3陶瓷薄片的待连接面上，装配成Al2O3陶瓷/钛环的装配件；
(三)、将步骤(二)得到的装配件放置在真空加热炉中，施加压力为1MPa~15MPa，当真空度达到(1.3~2.0)×10-3Pa时，通电加热，控制升温速度为5℃/min~15℃/min，升温至900~1000℃，然后保温60min~120min，再控制冷却速度为3℃/min~10℃/min，冷却至300℃，然后随炉冷却，即完成Al2O3陶瓷与钛环的扩散连接。
2.根据权利要求1所述的Al2O3陶瓷和钛环的扩散连接方法，其特征在于：所述步骤(三)中施加压力为5Mpa，真空加热炉的真空度为1.5×10-3Pa，控制升温速度为10℃/min，扩散温度为950℃，保温时间为90min，冷却速度为5℃/min。
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