CN110436952A - 一种用于陶瓷与金属材料连接的钎焊方法 - Google Patents

一种用于陶瓷与金属材料连接的钎焊方法 Download PDF

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Abstract

陶瓷与金属材料连接的钎焊方法，它涉及陶瓷材料与金属材料的钎焊连接方法。本发明解决了现有陶瓷与金属材料连接后接头强度低和连接件气密性差的问题，同时提高了陶瓷与金属连接件的生产效率和成品率。本发明陶瓷与金属材料的钎焊方法是按照以下步骤进行的：1.陶瓷、金属清洗，烘干；2.敷设Ag‑Cu‑Ti焊膏或焊箔；3.钎焊；即得到陶瓷与金属材料的钎焊连接件。本发明的钎焊方法焊接的焊接件接头的抗剪切强度可达到60～100MPa。

Description

一种用于陶瓷与金属材料连接的钎焊方法
技术领域
本发明涉及陶瓷与金属材料的连接方法。
背景技术
陶瓷材料因其优异的电气绝缘性能、良好的耐磨性能和耐高温等优异的性能近几年在新材料领域发展迅猛，但是由于陶瓷材料脆性大、复杂尺寸构件难以加工的缺点限制了其应用范围。而金属材料具有良好的可加工性和良好的塑性，实现复杂尺寸构件的加工常将陶瓷与金属连接制成复合材料，能够拓宽两种材料的应用范围，也满足了复杂尺寸、特殊形状构件的加工要求，因此将陶瓷与金属材料连接并获得强度和气密性良好的接头成为亟待解决的问题。目前实现陶瓷与金属材料连接的方法主要有Mo-Mn法和活性金属钎焊法，前者对设备要求高，需要先在陶瓷界面形成金属化层再进行钎焊，工艺过程复杂且接头强度较低；活性金属钎焊法应用范围广泛，它是利用含有活性元素的钎料，在真空中一定温度条件下钎料中的活性金属与陶瓷界面发生冶金反应，在陶瓷界面形成一定厚度的液态金属过渡层，使钎料与陶瓷连接。但是目前该方法在实际应用中需要以20～30℃/min的升温速率、5～20min的保温时间和5～10℃/min的降温速率完成焊接，整个焊接过程约耗时5h，生产效率低。另一方面，由于陶瓷与金属材料的热胀系数相差很大，对于套接方式的连接难以形成高强度和高气密性的接头。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种用于陶瓷与金属焊接方法，该方法无需制备陶瓷金属化层，而是对待连接件敷设焊膏或焊箔进行直接钎焊，整个焊接过程约1.5～2h，提高了生产效率，同时解决了目前套接方式连接陶瓷与金属材料难以形成高强度和高气密性接头的问题。
本发明涉及的一种用于陶瓷与金属连接的钎焊方法，其特征在于，其方法包括以下步骤：
(1)金属材料钎焊前经过修整处理，并用除油剂去除金属表面的油污；
(2)所有待焊陶瓷和金属件连接前均用清洗剂超声波清洗10min，然后用蒸馏水清洗后烘干备用；
(2)将焊膏或焊箔均匀敷设在待连接零件的待连接处，完成待连接零件的装配；
(3)钎焊在高真空炉中进行，待真空度低于8×10-2Pa后开始升温程序，以50～70℃/min的速率升温至300～400℃并保温5～20min；
(4)然后以40～60℃/min的速率升温至450～600℃并保温5～20min；
(5)最后以30～50℃/min的速率升温至800～880℃并保温3～15min，达到焊接最高温度时的真空度低于1.0×10-3Pa，自然冷却至炉温降至室温，即得到陶瓷与金属材料的焊接件。
本发明所涉及的一种用于陶瓷与金属连接的钎焊方法具有以下优点：
(1)与Mo-Mn法相比，不需要对陶瓷进行预金属化处理，焊接时也不需要氢气、氮气等气体，简化了工艺流程和生产条件，大大提高焊接效率；
(2)实现了陶瓷与金属材料的对接与套接，焊料能够良好地润湿陶瓷，在连接处形成一定厚度的致密金属层，焊接件接头的抗剪切强度可达到60～100MPa，拓宽了陶瓷与金属连接件的使用范围；
附图说明
图1为以对接方式钎焊连接陶瓷与金属材料的结构示意图
图2为以套接方式钎焊连接陶瓷与金属材料的结构示意图(包括陶瓷套接金属和金属套接陶瓷两种)
图3为本发明实施例套接连接件抗剪切强度试验示意图
具体实施方式
本发明提供一种用于陶瓷与金属材料连接的钎焊方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体实施实施例一：
(1)金属材料钎焊前经过修整处理，并用除油剂去除金属表面的油污；
(2)所有待焊陶瓷和金属件连接前均用清洗剂超声波清洗10min，然后用蒸馏水清洗后烘干备用；
(2)将均匀涂敷在待连接零件的待连接处，完成待连接零件的装配；
(3)钎焊在高真空炉中进行，待真空度低于8×10-2Pa后开始升温程序，以60℃/min的速率升温至300℃并保温5min；
(4)然后以55℃/min的速率升温至540℃并保温5min；
(5)以50℃/min的速率升温至850℃并保温3min，达到焊接最高温度时的真空度低于1.0×10-3Pa，自然冷却至炉温降至室温，即得到陶瓷与金属材料的焊接件。
具体的，步骤(1)中的金属材料为Cu。
具体的，步骤(2)中的陶瓷材料为Al2O3陶瓷。
基于此实施例可进行抗剪切强度试验，试验装置如图3所示，测得此实施例的抗剪切强度为93Mpa。
具体实施例二：
(1)金属材料钎焊前经过修整处理，并用除油剂去除金属表面的油污；
(2)所有待焊陶瓷和金属件连接前均用清洗剂超声波清洗10min，然后用蒸馏水清洗后烘干备用；
(2)将焊膏均匀涂敷在待连接零件的待连接处，完成待连接零件的装配；
(3)钎焊在高真空炉中进行，待真空度低于8×10-2Pa后开始升温程序，以65℃的速率升温至330℃并保温5min；
(4)以50℃/min的速率升温至550℃并保温5min；
(5)以45℃/min的速率升温至845℃并保温4min，达到焊接最高温度时的真空度低于1.0×10-3Pa，自然冷却至炉温降至室温，即得到陶瓷与金属材料的焊接件。
具体的，步骤(1)中的金属材料为Cu。
具体的，步骤(2)中的陶瓷材料为Al2O3陶瓷。
基于此实施例可进行抗剪切强度试验，试验装置如图3所示，测得此实施例的抗剪切强度为88Mpa。
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。

Claims (6)

1.一种用于陶瓷与金属材料连接的钎焊方法，其特征在于陶瓷与金属材料的钎焊方法是按照以下步骤进行的：一、金属材料钎焊前经过修整处理，并用除油剂去除金属表面的油污，然后所有待焊陶瓷和金属件连接前均用清洗剂超声波清洗5～15min，然后用蒸馏水清洗后烘干备用；二、将焊料均匀敷设在待连接零件的待连接处，完成待连接零件的装配；三、钎焊在高真空炉中进行，待真空度低于8×10-2Pa后开始升温程序，以50～70℃/min的速率升温至300～400℃并保温5～20min，然后以40～60℃/min的速率升温至450～600℃并保温5～20min，然后以30～50℃/min的速率升温至800～880℃并保温3～15min，达到焊接最高温度时的真空度低于1.0×10-3Pa，然后自然冷却，至炉温降至室温，即得到陶瓷与金属材料的焊接件。
2.根据权利要求1所述的陶瓷与金属材料连接的钎焊方法，其特征在于步骤一中的陶瓷材料为Al2O3，ZrO2，SiC，TiC，Si3N4，BN，AlN中的一种。
3.根据权利要求1所述的陶瓷与金属材料连接的钎焊方法，其特征在于步骤一中的金属材料为铜，不锈钢，钢，Knvar合金中的一种。
4.根据权利要求1所述的陶瓷与金属材料连接的钎焊方法，其特征在于步骤二中的焊料为Ag-Cu共晶粉末添加1％～5％活性元素Ti混合有机粘合剂制成的焊膏；也可以添加Zr，V，Cr等作为活性元素。
5.根据权利要求1所述的陶瓷与金属材料连接的钎焊方法，其特征在于步骤二中待连接件的装配为端面对接或管状零件的套接，套接又分为陶瓷套金属和金属套陶瓷两种。
6.根据权利要求1所述的陶瓷与金属材料连接的钎焊方法，其特征在于步骤三中焊接工艺为多段加热保温，具体为以50～70℃/min的速率升温至300～400℃并保温5～20min，然后以40～60℃/min的速率升温至450～600℃并保温5～20min，然后以30～50℃/min的速率升温至800～880℃并保温3～15min。
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