CN108774476A - 一种金属材质的粘接剂及其使用方法 - Google Patents

一种金属材质的粘接剂及其使用方法 Download PDF

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    • C09J9/00—Adhesives characterised by their physical nature or the effects produced, e.g. glue sticks
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Abstract

本发明公开了一种金属材质的粘接剂及其使用方法，粘接剂包括：两种及两种以上的金属、以及所述两种及两种以上的金属经过未完全的合金反应所产生的合金反应物；所述两种及两种以上的金属中包括熔点在30摄氏度以下的低熔点金属、熔点在500摄氏度以上的金属粉末；所述合金反应物的熔点在100摄氏度以上；所述金属粉末在所述金属材质的粘接剂中的质量分数为25％‑40％；所述导电连接剂的初始状态为粘稠状的固液混合物，在室温条件下，其粘稠度上升或由固液混合状态变化成固态。本发明中的金属材质的粘接剂的初始状态为粘稠状的固液混合物，室温下随着固液混合物中的合金反应的不断发生，其粘稠状的粘稠程度不断上升，甚至可由固液混合状态变化成固态，其变化的过程使其可实现对金属、半导体、聚合物等材料的粘接，其成分均为金属，不易挥发，无污染。

Description

一种金属材质的粘接剂及其使用方法
技术领域
本发明属于材料粘接技术领域，尤其涉及一种金属材质的粘接剂及其使用方法。
背景技术
能将同种、两种或两种以上同质或异质的制件(或材料)连接在一起，固化后具有足够强度的有机或无机的、天然或合成的一类物质，统称为粘接剂、粘合剂或胶粘剂。市售粘接剂的材质主要为天然高分子化合物如淀粉、动物皮胶、骨胶、天然橡胶等，合成高分子化合物如环氧树脂、脲醛树脂、聚胺酯、氯丁橡胶、丁腈橡胶等。这类粘接剂往往具有挥发性组分，造成污染，或者对金属、半导体等材料粘接性不好。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种金属材质的粘接剂,以解决现有技术中的粘接剂存在易挥发气味的问题。
在一些说明性实施例中，所述金属材质的粘接剂，包括：两种及两种以上的金属、以及所述两种及两种以上的金属经过未完全的合金反应所产生的合金反应物；所述两种及两种以上的金属中包括熔点在30摄氏度以下的低熔点金属、熔点在500摄氏度以上的金属粉末；所述合金反应物的熔点在100摄氏度以上；所述金属粉末在所述金属材质的粘接剂中的质量分数为25％-40％；所述导电连接剂的初始状态为粘稠状的固液混合物，在室温条件下，其粘稠度逐步上升或由固液混合状态变化成固态。
在一些可选地实施例中，所述熔点在30摄氏度以下的低熔点金属包括以下之一或任意组合：镓单质和镓基合金；所述熔点在500摄氏度以上的金属粉末包括以下之一或任意组合：铁粉和镍粉。
在一些可选地实施例中，所述两种及两种以上的金属经过未完全的合金反应所产生的合金反应物所述合金反应物是在指定参数的球磨环境中形成；所述球磨环境中的指定参数包括：球磨转速及球磨时间。
在一些可选地实施例中，所述球磨环境中包括如下球磨参数：球磨转速为600–1200转/分钟；球磨时间为10–180分钟。
在一些可选地实施例中，所述金属粉末的粉末尺寸为0.1μm-50μm。
在一些可选地实施例中，选用的熔点在30摄氏度以下的低熔点金属为镓铟合金；其中，配比为75％-85％的镓，15％-25％的铟；选用的熔点在1000摄氏度以上的金属粉末为镍粉；其中，镍粉在其与镓铟合金的混合物中的质量分数为32％-36％；产生的所述合金反应物包括以下之一或任意组合：Ni2Ga3、NiGa5、Ni3Ga7和InNi3。
在一些可选地实施例中，选用的熔点在30摄氏度以下的低熔点金属为镓铟合金；其中，配比为75％-85％的镓，15％-25％的铟；选用的熔点在1000摄氏度以上的金属粉末为铁粉和镍粉；其中，铁粉在其与镍粉、镓铟合金的混合物中的质量分数为3％-8％，镍粉在其与铁粉、镓铟合金的混合物中的质量分数为30％-34％；产生的所述合金反应物包括以下之一或任意组合：FeGa3、Ni2Ga3、NiGa5、Ni3Ga7和InNi3。
本发明的另一个目的在于提出一种金属材质的粘接剂的使用方法，包括：确定待粘接件，选定粘接区；将如上述任一项所述的金属材质的粘接剂涂抹至所述粘接区；在涂抹有所述金属粘接剂的粘接区上，将待粘接件按压连接，并维持一段时间；待室温下2-6小时完成粘接，粘接强度大于100MPa。
在一些可选地实施例中，通过超声、加热或通直流电流的方式，加速粘接程度。
在一些可选地实施例中，所述待粘接件为金属材质。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
本发明中的金属材质的粘接剂的初始状态为粘稠状的固液混合物，室温下随着固液混合物中的合金反应的不断发生，其粘稠状的粘稠程度不断上升，甚至可由固液混合状态变化成固态，其变化的过程使其可实现对金属、半导体、聚合物等材料的粘接，其成分均为金属，不易挥发，无污染。
附图说明
图1是本发明实施例中的金属材质的粘接剂的使用流程图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
本发明公开了一种金属材质的粘接剂，包括：两种及两种以上的金属、以及所述两种及两种以上的金属经过未完全的合金反应所产生的合金反应物；所述两种及两种以上的金属中包括熔点在30摄氏度以下的低熔点金属、熔点在500摄氏度以上的金属粉末；所述合金反应物的熔点在100摄氏度以上；所述金属粉末在所述金属材质的粘接剂中的质量分数为25％-40％；所述导电连接剂的初始状态为粘稠状的固液混合物，在室温条件下，其粘稠度逐步上升或由固液混合状态变化成固态。
本发明实施例中金属材质的粘接剂可适用于室温环境下的环境中，该粘接剂在室温环境下呈固液混合物，其中所述两种及两种以上的金属中至少包括熔点在30摄氏度以下的低熔点金属，以及熔点在1000摄氏度以上的金属粉末。其中，熔点温度高的金属中金属元素在所述导电连接剂中的质量分数为25％-40％。使用时，所述粘接剂的初始状态为粘稠状的固液混合物，在室温环境下，其粘稠度逐渐升高，甚至完全转换为固态。制备完成时，可将制成的导电连接剂放置在零下20摄氏度的低温环境中进行储存，以避免粘接剂在未使用时，自行转换的问题。从低温环境中取出的导电连接剂，首先需要进行解冻处理，导电连接剂会从固态转换为固液混合状态，然后可在室温条件下由固液混合状态转换为固态。
本发明中的金属材质的粘接剂的初始状态为粘稠状的固液混合物，室温下随着固液混合物中的合金反应的不断发生，其粘稠状的粘稠程度不断上升，甚至可由固液混合状态变化成固态，其变化的过程使其可实现对金属、半导体、聚合物等材料的粘接，其成分均为金属，不易挥发，无污染。
本发明实施例中的熔点在30摄氏度以下的低熔点金属，又可称常温液态金属，包括：镓单质、满足熔点在30摄氏度以下的镓基合金、以及镓单质和镓基合金的混合物。其中，镓基合金是指该合金中主要成分为镓的金属合金，例如镓铟合金、镓锡合金、又或是镓铟基合金、镓锡基合金等，该合金中主要以镓铟/镓锡为主要成分。更为具体的，还可选用镓铟锡合金。
在一些实施例中，所述熔点在30摄氏度以下的低熔点金属包括以下之一或任意组合：镓单质和镓基合金；所述熔点在500摄氏度以上的金属粉末包括以下之一或任意组合：铁粉和镍粉。其中，镓基合金中的元素配比可根据合金相图进行选择，选择熔点在30摄氏度以下的配比。例如镓铟合金，根据其合金相图，随着镓的含量从100％-0％不断减少、铟的含量从0％-100％不断升高的过程中，合金熔点从29摄氏度开始逐渐下降，直至达到镓铟合金的低共熔点，此时镓铟合金的熔点最低(15摄氏度左右)，镓铟合金的比例79.6％的镓，21.4％的铟，此后，镓铟合金的熔点逐步向铟的熔点靠近，最终可达到158摄氏度左右。因此，可根据相图选择30摄氏度以下的配比。
在一些实施例中，熔点高于500摄氏度的金属粉末可以为金属单质、金属合金、金属化合物，例如铁、铬、锰、铝、镁、钙、锶、钡、铜、钴、镍、锑、金、银、铂、钯、锇、铱、铍、钛、锆、铪、钒、钽、钨、钼、锗、铼、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇、钍的一种，或任意组成的合金；
优选地，本发明实施例中的高熔点金属选用金属单质或金属合金的粉末，粉体尺寸为0.1μm-50μm。进一步的，粉体尺寸的选择可根据导电连接剂的实际应用场景进行选择，粉体尺寸越小则制成的粘接剂的粘稠度越低，粉体尺寸越大则制成的粘接剂的粘稠度越高。为了保证粘接剂具有较好的粘稠度以便于涂覆，金属粉末的粉末尺寸选为10μm-20μm。
具体地，本发明提供如下几种向所述低熔点金属与所述金属粉末的混合物提供使其局部发生合金反应的高能的方式：
1.传统加热；
例如将温度加热至金属粉末的熔点，使其熔化，此时低熔点金属与金属粉末均呈液态，两者之间相互金属浸润现象明显，此时两者较易发生合金反应，但此时环境温度极高，合金反应速度快，需控制高温时间在两者完全反应时间以下，以保证两者只发生部分的合金反应，从而避免由于完全反应导致金属混合物提前固化。该方法反应时间较难操控。
2.高压电击；
通过对均匀混合后的两种金属的金属混合物(低熔点金属和金属粉末)，持续电击，电击处的温度急剧升高，达到两者的合金反应温度条件，进而产生合金反应物，但该方法设备要求高，需要额外的安全保障设备，制备成本较大。
3.球磨处理；
对所述低熔点金属与所述金属粉末的金属混合物进行球磨处理，在一定转速的球磨处理中可产生极高的能量，包括热能及机械能，其瞬时温度最大可达到1600摄氏度以上，可满足多种金属的合金反应条件，并且球磨处理中其能量分布不均，更适于发生不完全的合金反应，制备本发明实施例中的金属材质的粘接剂。
优选地，所述两种及两种以上的金属经过未完全的合金反应所产生的合金反应物所述合金反应物是在指定参数的球磨环境中形成；所述球磨环境中的指定参数包括：球磨转速及球磨时间。在一些实施例中，所述球磨环境中包括如下球磨参数：球磨转速为600–1200转/分钟；球磨时间为10–180分钟。
在一些实施例中，选用的熔点在30摄氏度以下的低熔点金属为镓铟合金；其中，配比为75％-85％的镓，15％-25％的铟；选用的熔点在1000摄氏度以上的金属粉末为镍粉；其中，镍粉在其与镓铟合金的混合物中的质量分数为32％-36％；产生的所述合金反应物包括以下之一或任意组合：Ni2Ga3、NiGa5、Ni3Ga7和InNi3。
在一些可选地实施例中，选用的熔点在30摄氏度以下的低熔点金属为镓铟合金；其中，配比为75％-85％的镓，15％-25％的铟；选用的熔点在1000摄氏度以上的金属粉末为铁粉和镍粉；其中，铁粉在其与镍粉、镓铟合金的混合物中的质量分数为3％-8％，镍粉在其与铁粉、镓铟合金的混合物中的质量分数为30％-34％；产生的所述合金反应物包括以下之一或任意组合：FeGa3、Ni2Ga3、NiGa5、Ni3Ga7和InNi3。
本发明的另一个目的在于提出一种金属材质的粘接剂的使用方法，包括：
步骤S11、确定待粘接件，选定粘接区；
步骤S12、将如上述任一项所述粘接剂涂抹至所述粘接区；在涂抹有所述金属粘接剂的粘接区上，将待粘接件按压连接，并维持一段时间；
步骤S13、待室温下2-6小时完成固化，固化后的金属粘接剂的粘接强度大于100MPa。
其中，固化后的金属粘接剂的粘接强度在100MPa–200MPa之间。其中，可通过超声、加热或通直流电流的方式，加速自固化。
在一些实施例中，本发明实施例中的金属粘接剂储存在-20摄氏度低温环境中，以避免粘接剂在非使用期间发生固化现象。因此，在使用从低温环境中取出的粘接剂时，首先需要将所述金属粘接剂从冷藏固体状态恢复至室温粘稠状态。
在一些实施例中，所述待粘接件为金属材质。本发明实施例中的金属粘接剂的成分主要为金属，其可利用其液体状态下的金属浸润性实现两个部件的粘接，粘接部件可同为金属、亦可同为非金属、或者一个为金属，一个为非金属，优选地，本发明实施例中的金属粘接剂更适于粘接金属，固化强度更高。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属材质的粘接剂，其特征在于，包括：两种及两种以上的金属、以及所述两种及两种以上的金属经过未完全的合金反应所产生的合金反应物；
所述两种及两种以上的金属中包括熔点在30摄氏度以下的低熔点金属、熔点在500摄氏度以上的金属粉末；
所述合金反应物的熔点在100摄氏度以上；
所述金属粉末在所述金属材质的粘接剂中的质量分数为25％-40％；
所述导电连接剂的初始状态为粘稠状的固液混合物，在室温条件下，其粘稠度上升或由固液混合状态变化成固态。
2.根据权利要求1所述的金属材质的粘接剂，其特征在于，所述熔点在30摄氏度以下的低熔点金属包括以下之一或任意组合：
镓单质和镓基合金；
所述熔点在500摄氏度以上的金属粉末包括以下之一或任意组合：
铁粉和镍粉。
3.根据权利要求1所述的金属材质的粘接剂，其特征在于，所述两种及两种以上的金属经过未完全的合金反应所产生的合金反应物所述合金反应物是在指定参数的球磨环境中形成；所述球磨环境中的指定参数包括：球磨转速及球磨时间。
4.根据权利要求3所述的金属材质的粘接剂，其特征在于，所述球磨环境中包括如下球磨参数：
球磨转速为600–1200转/分钟；
球磨时间为10–180分钟。
5.根据权利要求1所述的金属材质的粘接剂，其特征在于，所述金属粉末的粉末尺寸为0.1μm-50μm。
6.根据权利要求1所述的金属材质的粘接剂，其特征在于，选用的熔点在30摄氏度以下的低熔点金属为镓铟合金；其中，配比为75％-85％的镓，15％-25％的铟；
选用的熔点在1000摄氏度以上的金属粉末为镍粉；其中，镍粉在其与镓铟合金的混合物中的质量分数为32％-36％；
产生的所述合金反应物包括以下之一或任意组合：
Ni2Ga3、NiGa5、Ni3Ga7和InNi3。
7.根据权利要求1所述的金属材质的粘接剂，其特征在于，选用的熔点在30摄氏度以下的低熔点金属为镓铟合金；其中，配比为75％-85％的镓，15％-25％的铟；
选用的熔点在1000摄氏度以上的金属粉末为铁粉和镍粉；其中，铁粉在其与镍粉、镓铟合金的混合物中的质量分数为3％-8％，镍粉在其与铁粉、镓铟合金的混合物中的质量分数为30％-34％；
产生的所述合金反应物包括以下之一或任意组合：
FeGa3、Ni2Ga3、NiGa5、Ni3Ga7和InNi3。
8.一种金属材质的粘接剂的使用方法，其特征在于，包括：
确定待粘接件，选定粘接区；
将如权利要求1-7任一项所述的金属材质的粘接剂涂抹至所述粘接区；
在涂抹有所述金属粘接剂的粘接区上，将待粘接件按压连接，并维持一段时间；
待室温下2-6小时完成粘接，粘接强度大于100MPa。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，通过超声、加热或通直流电流的方式，加速粘接程度。
10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述待粘接件为金属材质。
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