CN113953711A - 一种磁控管阴极组件用焊料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁控管阴极组件用焊料及制备方法，焊料按照重量百分比包含如下组分：5％～15％硅、70％～94％钼和1％～15％镍，其具体制备步骤如下：(1)焊料粉末配比混合；(2)球磨预合金化；(3)预合金焊料溶液烘干、过筛；(4)焊料浆配制；(5)焊料涂覆；(6)焊料集成烧结；(7)钼质支撑组件焊接。本发明提供的焊料可以替代含有贵金属钌的焊料体系，价格低廉、且经预混合和球磨预合金化后焊料组元无偏聚挥发问题；且与传统的焊料添加方式相比，本发明易于实现自动化、生产过程稳定、成本低、焊料可集成在钼质支撑组件上。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金制造领域，具体涉及一种磁控管阴极组件用焊料及制备方法。
背景技术
磁控管具有振荡效果高、微波输出功率大、工作电压低、尺寸小、重量轻、成本低等特点，因此被广泛应用于家用微波炉和工业微波炉等领域。磁控管核心部件为阴极组件，主要包含钨合金磁控线圈和钼质支撑组件组成。为了形成一个闭合回路，磁控线圈必须与钼质支撑组件焊接在一起。但是钨合金与钼同属高温材料，其熔点均在2000℃以上，目前暂无相关的工艺使其焊接在一起，目前均是采用中间材料进行钎焊。
目前主流的中间材料焊料有钌钼镍、钌钼和硅钼体系，钌钼镍和钌钼体系含贵金属钌，生产成本高；硅钼体系由于硅属于类金属与钼的共晶温度达到1950℃，两种元素合金润湿性差，烧结成形过程中容易出现组元偏聚挥发，无法集成在钼质支撑组件的钼端帽凹槽内。硅钼体系焊料传统的添加方式有：
(1)将焊料浆通过人工的方式涂覆在磁控线圈与钼质支撑组件的端帽连接处，使用高频焊接设备进行焊接形成回路；人工方式涂覆存在焊料量无法控制，质量稳定性差，效率低，成本高等不足之处；
(2)将焊料压制成环，然后放入钼质组件端帽的凹槽内，经过烧结与钼质支撑组件的端帽结合，将磁控线圈装入钼质支撑组件之间经过高频焊接形成回路；按照此种工艺一方面焊料环是薄壁结构，难以压制成形，另一方面烧结时容易变形，成品率低，成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种磁控管阴极组件用焊料及制备方法，解决原材料采用钌钼二元体系、钌钼镍三元体系高温合金焊料生产成本高，采用硅钼焊料容易出现组元偏聚挥发，无法集成在钼质支撑组件的钼端帽凹槽内，以及人工方式涂覆焊料量无法控制、质量稳定性差、效率低、成本高等不足之处。
本发明的采用的技术方案之一是一种磁控管阴极组件用焊料，按照质量百分比包含如下组元：硅5％～15％，钼70％～94％，镍1％～15％。
本发明的采用的技术方案之二是一种磁控管阴极组件用焊料的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)焊料粉末按配比混合：按照质量百分比称取硅粉5％～15％，钼粉70％～94％，镍粉1％～15％，放入V形混料机内混合0.5h～3.5h，得到混合均匀的焊料粉末；
(2)球磨预合金化：将混合均匀的焊料粉末和球磨介质加入球磨机内进行球磨预合金，得到预合金化焊料溶液；
(3)预合金焊料溶液烘干、过筛：将预合金化焊料溶液放入烘箱内在温度50℃～150℃烘干0.5h～3h，再将烘干后的预合金粉末过筛，取筛下预合金粉末使用；
(4)焊料浆配制：将预合金焊料粉末与质量百分比5％～10％的有机物混合均匀，制备出在常温下具有良好流动性的焊料浆；
(5)焊料涂覆：利用自动涂覆设备，将焊料浆精确、均匀、高效率地涂覆到端帽的凹槽中，并形成一个规则的环状；
(6)焊料集成烧结：将完成涂覆焊料的钼端帽至于双温区气氛炉内，进料速度2～10mm/min、在一区温度300℃～1000℃，二区温度1450℃～1700℃进行脱脂、烧结成形，得到集成焊料的钼端帽；
(7)钼质支撑组件焊接：将集成焊料的钼端帽与钼杆在电阻焊接机上进行焊接，得到带焊料的钼质支撑组件。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(1)中的硅粉粒度为1～15μm、钼粉粒度为1～5μm、镍粉粒度为0.5～5μm。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(2)中加入的球磨介质为易挥发有机溶剂乙醇、正庚烷或甲醇中的一种。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(2)中球料比为3～6:1、球磨球为直径5-10mm、长度5-15mm的钼柱、转速为150～500rpm，球磨时间为2h～15h、每小时变换一次球磨转向。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(3)中过筛用筛网的目数为200目。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(4)中有机物为树脂、塑料、或石蜡中的一种，这些有机物在低温(300～500℃)加热能全部分解挥发。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(5)中焊料重量精度控制在±0.1mg。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(6)中气氛可为氢气、氩气或氮氢混合气体中的一种。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(6)中焊料高度控制精度控制在±0.01mm。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1、与目前主流的钌钼镍、钌钼焊料体系相比，本发明提供替代有贵金属钌的焊料体系的硅钼镍新焊料体系配方，新焊料配方价格低廉；通过预混合和球磨预合金化，焊料组元无偏聚挥发问题；
2、与传统的焊料添加方式相比，本发明提供了易于实现自动化、生产过程稳定、成本低、焊料可集成在钼质支撑组件上的制备方法。
附图说明
下面结合附图和实施案例对本发明进一步说明。
图1为磁控管阴极组件的结构示意图；
图中：1-硅钼焊料、2-钼下端帽、3-钨合金磁控线圈、4-钼上端帽、5-钼杆
图2为本发明集成在钼上、下端帽凹槽处焊料状态示意图；
图3为本发明集成在钼上、下端帽凹槽处焊料的另一种状态示意图。
具体实施方式
一种磁控管阴极组件用焊料，按照质量百分比包含如下组元：硅5％～15％，钼70％～94％，镍1％～15％，其制备方法具体包括如下步骤：
(1)焊料粉末按配比混合：按照质量百分比称取硅粉5％～15％，钼粉70％～94％，镍粉1％～15％，放入V形混料机内混合0.5h～3.5h，得到混合均匀的焊料粉末；
(2)球磨预合金化：将混合均匀的焊料粉末和球磨介质加入球磨机内进行球磨预合金，得到预合金化焊料溶液；
(3)预合金焊料溶液烘干、过筛：将预合金化焊料溶液放入烘箱内在温度50℃～150℃烘干0.5h～3h，再将烘干后的预合金粉末过筛，取筛下预合金粉末使用；
(4)焊料浆配制：将预合金焊料粉末与质量百分比5～10％的低温(300～500℃)加热能全部分解挥发的有机物进行混合均匀，制备出在常温下具有良好流动性的焊料浆；
(5)焊料涂覆：利用自动涂覆设备，将焊料浆精确、均匀、高效率地涂覆到端帽的凹槽中，并形成一个规则的环状；
(6)焊料集成烧结：将完成涂覆焊料的钼端帽至于双温区气氛炉内，进料速度2～10mm/min、在一区温度300℃～1000℃，二区温度1450℃～1700℃进行脱脂、烧结成形，得到集成焊料的钼端帽；
(7)钼质支撑组件焊接：将集成焊料的钼端帽与钼杆在电阻焊接机上进行焊接，得到带焊料的钼质支撑组件。
实施例1
一种磁控管阴极组件用焊料按照质量百分比包含如下组元：硅10％，钼85％，镍5％。
一种磁控管阴极组件用焊料的制备方法，具体步骤如下：
(1)焊料粉末配比混合：选用粒度为1μm的硅粉、粒度为2μm的钼粉和粒度为1μm的镍粉，按照质量比1:8.5:0.5比例，称取10g硅粉、85g钼粉和5g镍粉放入V形混料机内混合0.5h，得到混合均匀的焊料粉末；
(2)球磨预合金化：将配比好的焊料粉末加入球磨机内进行球磨预合金，球料比为3:1、球磨球为一定直径长度的钼柱、转速为200rmp/分钟，球磨5h、球磨介质为乙醇、每小时变换一次球磨方向，得到预合金化焊料溶液；
(3)预合金焊料溶液烘干、过筛：将预合金化焊料溶液放入烘箱内在温度100℃烘干0.5h，将烘干后的预合金粉末过200目筛网，取筛下预合金粉末使用；
(4)焊料浆配制：将预合金焊料粉末与质量百分比8％的聚酯树脂进行混合均匀，制备出在常温下具有良好流动性的焊料浆；
(5)焊料涂覆：利用自动涂覆设备，将焊料浆精确、均匀、高效率地涂覆到端帽的凹槽中，焊料重量精度控制±0.1mg，并形成一个规则的环状；
(6)焊料集成烧结：将完成涂覆焊料的钼端帽至于双温区气氛炉内，氢气气氛，进料速度5mm、在一区温度950℃，二区温度1500℃进行脱脂、烧结成形，得到集成焊料的钼端帽，焊料高度控制精度达到±0.01mm；
(7)钼质支撑组件焊接：将集成焊料的钼端帽与钼杆在电阻焊接机上进行焊接，得到带焊料的钼质支撑组件。
实施例2
一种磁控管阴极组件用焊料按照质量百分比包含如下组元：硅8％，钼81％，镍11％。
一种磁控管阴极组件用焊料的制备方法，具体步骤如下：
(1)焊料粉末配比混合：选用粒度为2μm的硅粉、粒度为2μm的钼粉和粒度为3μm的镍粉，按照质量比称取8％硅粉、81％钼粉和11％镍粉放入V形混料机内混合2h，得到混合均匀的焊料粉末；
(2)球磨预合金化：将配比好的焊料粉末加入球磨机内进行球磨预合金，球料比为3:1、球磨球为一定直径长度的钼柱、转速为200rmp/分钟，球磨5h、球磨介质为乙醇每小时变换一次球磨方向，得到预合金化焊料溶液；
(3)预合金焊料溶液烘干、过筛：将预合金化焊料溶液放入烘箱内在温度100℃烘干0.5h，将烘干后的预合金粉末过200目筛网，取筛下预合金粉末使用；
(4)焊料浆配制：将预合金焊料粉末与质量百分比8％的聚酯树脂进行混合均匀，制备出在常温下具有良好流动性的焊料浆；
(5)焊料涂覆：利用自动涂覆设备，将焊料浆精确、均匀、高效率地涂覆到端帽的凹槽中，焊料重量精度控制±0.1mg，并形成一个规则的环状；
(6)焊料集成烧结：将完成涂覆焊料的钼端帽至于双温区气氛炉内，氢气气氛，进料速度8mm、在一区温度850℃，二区温度1550℃进行脱脂、烧结成形，得到集成焊料的钼端帽，焊料高度控制精度达到±0.01mm；
(7)钼质支撑组件焊接：将集成焊料的钼端帽与钼杆在电阻焊接机上进行焊接，得到带焊料的钼质支撑组件。
实施例3
一种磁控管阴极组件用焊料按照质量百分比包含如下组元：硅5％，钼94％，镍1％。
一种磁控管阴极组件用焊料的制备方法，具体步骤如下：
(1)焊料粉末配比混合：选用粒度为2μm的硅粉、粒度为2μm的钼粉和粒度为3μm的镍粉，按照质量比称取5％硅粉、94％钼粉和1％镍粉放入V形混料机内混合2h，得到混合均匀的焊料粉末；
(2)球磨预合金化：将配比好的焊料粉末加入球磨机内进行球磨预合金，球料比为3:1、球磨球为一定直径长度的钼柱、转速为200rmp/分钟，球磨5h、球磨介质为乙醇每小时变换一次球磨方向，得到预合金化焊料溶液；
(3)预合金焊料溶液烘干、过筛：将预合金化焊料溶液放入烘箱内在温度100℃烘干0.5h，将烘干后的预合金粉末过200目筛网，取筛下预合金粉末使用；
(4)焊料浆配制：将预合金焊料粉末与质量百分比8％的聚酯树脂进行混合均匀，制备出在常温下具有良好流动性的焊料浆；
(5)焊料涂覆：利用自动涂覆设备，将焊料浆精确、均匀、高效率地涂覆到端帽的凹槽中，焊料重量精度控制±0.1mg，并形成一个规则的环状；
(6)焊料集成烧结：将完成涂覆焊料的钼端帽至于双温区气氛炉内，氢气气氛，进料速度8mm、在一区温度850℃，二区温度1550℃进行脱脂、烧结成形，得到集成焊料的钼端帽，焊料高度控制精度达到±0.01mm；
(7)钼质支撑组件焊接：将集成焊料的钼端帽与钼杆在电阻焊接机上进行焊接，得到带焊料的钼质支撑组件。
实施例4
一种磁控管阴极组件用焊料按照质量百分比包含如下组元：硅15％，钼70％，镍15％。
一种磁控管阴极组件用焊料的制备方法，具体步骤如下：
(1)焊料粉末配比混合：选用粒度为2μm的硅粉、粒度为2μm的钼粉和粒度为3μm的镍粉，按照质量比称取15％硅粉、70％钼粉和15％镍粉放入V形混料机内混合2h，得到混合均匀的焊料粉末；
(2)球磨预合金化：将配比好的焊料粉末加入球磨机内进行球磨预合金，球料比为3:1、球磨球为一定直径长度的钼柱、转速为200rmp/分钟，球磨5h、球磨介质为乙醇每小时变换一次球磨方向，得到预合金化焊料溶液；
(3)预合金焊料溶液烘干、过筛：将预合金化焊料溶液放入烘箱内在温度100℃烘干0.5h，将烘干后的预合金粉末过200目筛网，取筛下预合金粉末使用；
(4)焊料浆配制：将预合金焊料粉末与质量百分比8％的聚酯树脂进行混合均匀，制备出在常温下具有良好流动性的焊料浆；
(5)焊料涂覆：利用自动涂覆设备，将焊料浆精确、均匀、高效率地涂覆到端帽的凹槽中，焊料重量精度控制±0.1mg，并形成一个规则的环状；
(6)焊料集成烧结：将完成涂覆焊料的钼端帽至于双温区气氛炉内，氢气气氛，进料速度8mm、在一区温度850℃，二区温度1550℃进行脱脂、烧结成形，得到集成焊料的钼端帽，焊料高度控制精度达到±0.01mm；
(7)钼质支撑组件焊接：将集成焊料的钼端帽与钼杆在电阻焊接机上进行焊接，得到带焊料的钼质支撑组件。
对比例1
一种磁控管阴极组件用焊料按照质量百分比包含如下组元：硅3％，钼96.5％，镍0.5％。
一种磁控管阴极组件用焊料的制备方法，具体步骤如下：
(1)焊料粉末配比混合：选用粒度为2μm的硅粉、粒度为2μm的钼粉和粒度为3μm的镍粉，按照质量比称取3％硅粉、96.5％钼粉和0.5％镍粉放入V形混料机内混合2h，得到混合均匀的焊料粉末；
(2)球磨预合金化：将配比好的焊料粉末加入球磨机内进行球磨预合金，球料比为3:1、球磨球为一定直径长度的钼柱、转速为200rmp/分钟，球磨5h、球磨介质为乙醇每小时变换一次球磨方向，得到预合金化焊料溶液；
(3)预合金焊料溶液烘干、过筛：将预合金化焊料溶液放入烘箱内在温度100℃烘干0.5h，将烘干后的预合金粉末过200目筛网，取筛下预合金粉末使用；
(4)焊料浆配制：将预合金焊料粉末与质量百分比8％的聚酯树脂进行混合均匀，制备出在常温下具有良好流动性的焊料浆；
(5)焊料涂覆：利用自动涂覆设备，将焊料浆精确、均匀、高效率地涂覆到端帽的凹槽中，焊料重量精度控制±0.1mg，并形成一个规则的环状；
(6)焊料集成烧结：将完成涂覆焊料的钼端帽至于双温区气氛炉内，氢气气氛，进料速度8mm、在一区温度850℃，二区温度1550℃进行脱脂、烧结，由于硅、镍含量少，焊料无法烧结合金化，焊料与钼端帽分离无法集成。
对比例2
一种磁控管阴极组件用焊料按照质量百分比包含如下组元：硅20％，钼60％，镍20％。
一种磁控管阴极组件用焊料的制备方法，具体步骤如下：
(1)焊料粉末配比混合：选用粒度为2μm的硅粉、粒度为2μm的钼粉和粒度为3μm的镍粉，按照质量比称取20％硅粉、60％钼粉和20％镍粉放入V形混料机内混合2h，得到混合均匀的焊料粉末；
(2)球磨预合金化：将配比好的焊料粉末加入球磨机内进行球磨预合金，球料比为3:1、球磨球为一定直径长度的钼柱、转速为200rmp/分钟，球磨5h、球磨介质为乙醇每小时变换一次球磨方向，得到预合金化焊料溶液；
(3)预合金焊料溶液烘干、过筛：将预合金化焊料溶液放入烘箱内在温度100℃烘干0.5h，将烘干后的预合金粉末过200目筛网，取筛下预合金粉末使用；
(4)焊料浆配制：将预合金焊料粉末与质量百分比8％的聚酯树脂进行混合均匀，制备出在常温下具有良好流动性的焊料浆；
(5)焊料涂覆：利用自动涂覆设备，将焊料浆精确、均匀、高效率地涂覆到端帽的凹槽中，焊料重量精度控制±0.1mg，并形成一个规则的环状；
(6)焊料集成烧结：将完成涂覆焊料的钼端帽至于双温区气氛炉内，氢气气氛，进料速度8mm、在一区温度850℃，二区温度1550℃进行脱脂、烧结，由于硅、镍低温度组元含量高，导致焊料烧结流淌溢出钼端帽外部，无法凝结在钼端帽凹槽内。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (10)
1.一种磁控管阴极组件用焊料，其特征在于，按照质量百分比包含如下组元：硅5％～15％，钼70％～94％，镍1％～15％。
2.一种磁控管阴极组件用焊料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)焊料粉末按配比混合：按照质量百分比称取硅粉5％～15％，钼粉70％～94％，镍粉1％～15％，放入V形混料机内混合0.5h～3.5h，得到混合均匀的焊料粉末；
(2)球磨预合金化：将混合均匀的焊料粉末和球磨介质加入球磨机内进行球磨预合金，得到预合金化焊料溶液；
(3)预合金焊料溶液烘干、过筛：将预合金化焊料溶液放入烘箱内在温度50℃～150℃烘干0.5h～3h，再将烘干后的预合金粉末过筛，取筛下预合金粉末使用；
(4)焊料浆配制：将预合金焊料粉末与质量百分比5％～10％的有机物混合均匀，制备出焊料浆；
(5)焊料涂覆：利用自动涂覆设备，将焊料浆涂覆到端帽的凹槽中，并形成一个环状；
(6)焊料集成烧结：将完成涂覆焊料的钼端帽至于双温区气氛炉内，进料速度2～10mm/min、在一区温度300℃～1000℃，二区温度1450℃～1700℃进行脱脂、烧结成形，得到集成焊料的钼端帽；
(7)钼质支撑组件焊接：将集成焊料的钼端帽与钼杆在电阻焊接机上进行焊接，得到带焊料的钼质支撑组件。
3.根据权利要求2所述的一种磁控管阴极组件用焊料制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的硅粉粒度为1～15μm、钼粉粒度为1～5μm、镍粉粒度为0.5～5μm。
4.根据权利要求2所述的一种磁控管阴极组件用焊料制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中加入的球磨介质为易挥发有机溶剂乙醇、正庚烷或甲醇中的一种。
5.根据权利要求2所述的一种磁控管阴极组件用焊料制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中球料比为3～6:1、球磨球为直径5～10mm、长度5～15mm的钼柱、转速为150～500rpm，球磨时间为2h～15h、每小时变换一次球磨转向。
6.根据权利要求2所述的一种磁控管阴极组件用焊料制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中过筛用筛网的目数为200目。
7.根据权利要求2所述的一种磁控管阴极组件用焊料制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中有机物为树脂、塑料、或石蜡中的一种。
8.根据权利要求2所述的一种磁控管阴极组件用焊料制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中焊料重量精度控制在±0.1mg。
9.根据权利要求2所述的一种磁控管阴极组件用焊料制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中气氛可为氢气、氩气或氮氢混合气体中的一种。
10.根据权利要求2所述的一种磁控管阴极组件用焊料制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中焊料高度控制精度控制在±0.01mm。
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