CN114012255A - 陶瓷焊接方法及陶瓷焊接设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例属于陶瓷焊接领域，具体涉及一种陶瓷焊接方法及陶瓷焊接设备，用以解决第一陶瓷工件和第二陶瓷工件的连接力较低的技术问题，其包括，第一陶瓷工件上具有用于焊接的第一接合端面，第二陶瓷工件上具有用于焊接的第二接合端面，在第一接合端面和第二接合端面之间填充焊料，焊料包括陶瓷粉末；对焊料进行加热，以使陶瓷粉末形成连接第一接合端面和第二接合端面的烧结体，以实现第一接合端面与第二接合端面的紧密连接。本申请实施例中，焊料包括陶瓷粉末，使得形成的烧结体与第一陶瓷工件和第二陶瓷工件的材质大致相同，降低了与第一接合端面和第二接合端面间的热应力，增强了他们之间的连接力。

Description

陶瓷焊接方法及陶瓷焊接设备

技术领域

本申请实施例属于陶瓷焊接领域，具体涉及一种陶瓷焊接方法及陶瓷焊接设备。

背景技术

陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、绝缘性好等特性，被广泛应用于电子工业、机械制造、自动化控制及航空航天等领域。由于陶瓷材料具有高脆性，难以做成复杂结构的零件，因此常先制作体积较小的多个陶瓷工件，之后将多个陶瓷工件采用焊接的方式连接在一起，以形成复杂的陶瓷零件。

相关技术中，焊接之前，通过电镀的方式在待焊的第一陶瓷工件和第二陶瓷工件与焊缝对应部分表面形成金属层，之后使第一陶瓷工件和第二陶瓷工件互相靠近，并在第一陶瓷工件和第二陶瓷工件的焊缝处填充金属焊料，加热金属焊料，熔化后的金属焊料可以与第一陶瓷工件和第二陶瓷工件的金属层接合，以实现第一陶瓷工件和第二陶瓷工件之间的焊接。

然而，相关技术中，金属焊料与第一陶瓷工件和第二陶瓷工件的连接力较低，导致陶瓷工件的整体强度不足。

发明内容

本申请实施例的主要目的是提供一种陶瓷焊接方法及陶瓷焊接设备，旨在解决第一陶瓷工件和第二陶瓷工件的连接力较低，导致陶瓷工件的整体强度不足技术问题。

为实现上述目的，本申请实施例提供了一种陶瓷焊接方法，包括：提供第一陶瓷工件及第二陶瓷工件，所述第一陶瓷工件上具有用于焊接的第一接合端面，所述第二陶瓷工件上具有用于焊接的第二接合端面，所述第一接合端面用于与第二接合端面焊接；使第一接合端面与第二接合端面靠近，并在所述第一接合端面和所述第二接合端面之间填充焊料，所述焊料包括陶瓷粉末；对所述焊料进行加热，以使所述陶瓷粉末与所述第一接合端面和所述第二接合端面间形成烧结体。

进一步，在所述第一接合端面和所述第二接合端面之间填充焊料包括：所述焊料还包括液体粘合剂，所述陶瓷粉末掺杂在所述液体粘合剂内；将焊料挤出至所述第一接合端面和所述第二接合端面之间。

进一步，将所述焊料挤出至所述第一接合端面和所述第二接合端面之间后还包括：对所述焊料进行固化处理，以使所述液体粘合剂固化。

进一步，所述液体粘合剂包括光固化树脂；对所述焊料进行固化处理包括：对所述焊料进行曝光，以使所述光固化树脂固化。

进一步，对所述焊料进行加热，以使所述陶瓷粉末与所述第一接合端面和所述第二接合端面间形成烧结体包括：通过激光或电子束对焊料进行加热。

进一步，焊接夹具，所述焊接夹具用于固定所述第一陶瓷工件和所述第二陶瓷工件，以使所述第一陶瓷工件上的第一接合端面和所述第二陶瓷工件上的第二接合端面彼此靠近；施料装置，所述施料装置用于向所述第一接合端面和所述第二接合端面之间填充焊料，所述焊料包括陶瓷粉末；加热设备，所述加热设备用于对所述焊料加热，以使所述陶瓷粉末与所述第一接合端面和所述第二接合端面间形成烧结体。

进一步，所述焊料还包括液体粘合剂，所述陶瓷粉末掺杂在所述液体粘合剂内。

进一步，所述液体粘合剂包括光固化树脂。

进一步，所述陶瓷焊接设备陶瓷焊接设备还包括光照装置，所述光照装置用于对所述焊料进行曝光，以使所述光固化树脂固化。

进一步，所述加热设备包括激光器或电子束发射器。

本实施例提供的陶瓷焊接方法及陶瓷焊接设备，第一陶瓷工件上具有用于焊接的第一接合端面，第二陶瓷工件上具有用于焊接的第二接合端面，第一接合端面用于与第二接合端面焊接；使第一接合端面与第二接合端面靠近，并在第一接合端面和第二接合端面之间填充焊料，焊料包括陶瓷粉末；对焊料进行加热，以使陶瓷粉末形成连接第一接合端面和第二接合端面的烧结体，以实现第一接合端面与第二接合端面的紧密连接。本申请实施例中，焊料包括陶瓷粉末，使得形成的烧结体与第一陶瓷工件和第二陶瓷工件的材质大致相同，降低了与第一接合端面和第二接合端面间的热应力，增强了他们之间的连接力，提高了陶瓷工件的整体强度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术的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申请的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为申请实施例提供的陶瓷焊接方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的陶瓷焊接方法中的焊料填充示意图；

图3为本申请实施例提供的陶瓷焊接方法中的焊料曝光示意图；

图4为本申请实施例提供的陶瓷焊接方法中的焊料加热示意图；

图5为本申请实施例提供的陶瓷焊接设备中的施料装置示意图；

图6为本申请实施例提供的陶瓷焊接设备中的光照装置示意图；

图7为本申请实施例提供的陶瓷焊接设备中的加热设备示意图。

附图标记说明：

10-第一陶瓷工件；

110-第一接合端面；

120-坡口；

20-第二陶瓷工件；

210-第二接合端面；

30-焊料；

40-烧结体；

50-施料装置；

510-点胶装置；

520-第一机械臂；

60-加热设备；

610-激光器；

620-第二机械臂；

70-光照装置；

710-照明设备；

720-第三机械臂。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

随着陶瓷的广泛应用，陶瓷的焊接技术也深受大众关注，相关技术中的焊接技术通常为：焊接之前，通过电镀的方式在待焊的第一陶瓷工件和第二陶瓷工件与焊缝对应部分表面形成金属层，之后使第一陶瓷工件和第二陶瓷工件互相靠近，并在第一陶瓷工件和第二陶瓷工件的焊缝处填充金属焊料，加热金属焊料，熔化后的金属焊料可以与第一陶瓷工件和第二陶瓷工件的金属层接合，以实现第一陶瓷工件和第二陶瓷工件之间的焊接。

然而，相关技术中，由于金属与陶瓷材料间的热膨胀系数相差很大，焊接时加热的温度冷却下来后会产生很大的热应力，降低了焊缝处的连接力，在焊缝处易出现开裂现象，导致了陶瓷工件的整体强度不足。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种陶瓷焊接方法及陶瓷焊接设备，在第一陶瓷工件上的第一接合端面与第二陶瓷工件上的第二接合端面之间填充包括陶瓷粉末的焊料；对焊料进行加热，以使陶瓷粉末形成连接第一接合端面和第二接合端面的烧结体，以实现第一陶瓷工件与第二陶瓷工件的连接。本申请实施例中，连接第一陶瓷工件和第二陶瓷工件的为包括陶瓷的烧结体，烧结体降低了与第一接合端面和第二接合端面间的热应力，增强了他们之间的连接力，提高了陶瓷工件的整体强度。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请的保护的范围。

图1为申请实施例提供的陶瓷焊接方法的流程图，图2为本申请实施例提供的陶瓷焊接方法中的焊料填充示意图，图3为本申请实施例提供的陶瓷焊接方法中的焊料曝光示意图，图4为本申请实施例提供的陶瓷焊接方法中的焊料加热示意图陶瓷焊接设备陶瓷焊接设备陶瓷焊接设备。

请参照图1、图2，本申请实施例提供的陶瓷焊接方法，包括：

S101：提供第一陶瓷工件及第二陶瓷工件，第一陶瓷工件上具有用于焊接的第一接合端面，第二陶瓷工件上具有用于焊接的第二接合端面，第一接合端面用于与第二接合端面焊接。

本实施例中，第一陶瓷工件10及第二陶瓷工件20可以是生活类陶瓷，如陶瓷茶杯、陶瓷茶壶等，当然也可以是电子类陶瓷，如半导体陶瓷、压敏陶瓷等，本实施例中不作限制，此外，本实施例中第一陶瓷工件10及第二陶瓷工件20的大小、形状也不作限制。

本实施例中，提供第一陶瓷工件10及第二陶瓷工件20的工序还包括：对第一陶瓷工件10及第二陶瓷工件20进行清洗，去除第一陶瓷工件10及第二陶瓷工件20表面的油污等异物，以避免异物对焊接造成影响。

进一步，在对第一陶瓷工件10及第二陶瓷工件20进行清洗后，还可以包括对第一接合端面110及第二接合端面210进行喷砂处理，以消除第一接合端面110及第二接合端面210的毛刺、熔渣等物质，使待焊接的端面呈均匀粗糙状态，以提高焊接的连接力。

如图3所示，本实施例中，提供第一陶瓷工件10及第二陶瓷工件20后，还包括：

S102：使第一接合端面与第二接合端面靠近，并在第一接合端面和第二接合端面之间填充焊料，焊料包括陶瓷粉末。

其中，第一接合端面110和第二接合端面210可以平面，也可以为断裂的不规则面，本实施例中不作限制。

第一接合端面110和第二接合端面210可以相互平行，如图3所示，相应的焊料填充在第一接合端面110和第二接合端面210之间。

当然，也可以在第一陶瓷工件10朝向第二陶瓷工件20的一端设置坡口，相同的，在第二陶瓷工件20朝向第一陶瓷工件10的一端也设置坡口；相应的，第一陶瓷工件10中坡口对应的斜面即为第一接合端面110，第二陶瓷工件20中坡口对应的斜面即为第二接合端面210，此时第一接合端面110和第二接合端面210之间具有一定的夹角。

进一步，焊料30填充在坡口120内，并填满坡口120，其中，填充的方式可以为喷入，也可以为挤入，本实施例中不做限制。

值得说明的是，如图4所示，焊料30包括陶瓷粉末，其中陶瓷粉末的成分可以与第一陶瓷工件10及第二陶瓷工件20的材料完全相同，如此可以提高第一陶瓷工件和第二陶瓷工件之间的连接力；当然，陶瓷粉末的成分与第一陶瓷工件10及第二陶瓷工件20也可以大致相同。

本实施例中，在第一接合端面110和第二接合端面210之间填充焊料30工序之后，还包括：

S103：对焊料进行加热，以使陶瓷粉末形成连接第一接合端面和第二接合端面的烧结体。

如图4所示，对焊料30处进行加热处理，以形成烧结体；加热温度应低于陶瓷的熔化温度，一般为1200℃-1800℃之间，示例性地，加热温度为1600℃，加热过程时，随着焊料30中陶瓷粉末的温度逐渐升高，陶瓷粉末间相互键联，晶粒变大，空隙(气孔)和晶界逐渐减小，通过物质的传递，焊料30中的陶瓷粉末与第一接合端面110及第二接合端面210间的间隙收缩，密度增加，形成了坚硬致密的多晶体烧结体40，以实现第一接合端面110与第二接合端面210的紧密连接，完成第一陶瓷工件10和第二陶瓷工件20的焊接。

本申请实施例提供的陶瓷焊接方法，第一陶瓷工件10上具有用于焊接的第一接合端面110，第二陶瓷工件20上具有用于焊接的第二接合端面210，第一接合端面110用于与第二接合端面210焊接；使第一接合端面110与第二接合端面210靠近，并在第一接合端面110和第二接合端面210之间填充焊料30，焊料30包括陶瓷粉末；对焊料30进行加热，以使陶瓷粉末形成连接第一接合端面110和第二接合端面210的烧结体40，以实现第一接合端面110与第二接合端面210的紧密连接。本申请实施例中，焊料30包括陶瓷粉末，使得形成的烧结体与第一陶瓷工件10和第二陶瓷工件20的材质大致相同，降低了与第一接合端面110和第二接合端面210间的热应力，增强了他们之间的连接力，提高了陶瓷工件的整体强度。

本实施例中，焊料30还包括液体粘合剂，陶瓷粉末掺杂在液体粘合剂内；将焊料30挤出至第一接合端面110和第二接合端面210之间。液体粘合剂的设置，实现了对第一陶瓷工件10及第二陶瓷工件20的有效粘接，实现了焊接前第一陶瓷工件和第二陶瓷工件的预固定，无需再后续焊接操作中配置专用工装夹具。

其中液体粘合剂为起连接作用的粘稠液体状，示例性地，液体粘合剂可以为环氧树脂，当然液体粘合剂也可以为光固化树脂，本实施例在不做限制。

值得注意的是，陶瓷粉末需均匀的掺杂在液体粘合剂内。

在上述实现方式中，将焊料30挤出至第一接合端面110和第二接合端面210之间后还包括：对焊料30进行固化处理，以使液体粘合剂固化。

在液体粘合剂为环氧树脂的实施例中，对焊料30进行固化处理方式可以为对焊料30进行冷却处理，以使液体粘合剂固化，冷却的方式可以为自然冷却，也可以人工对其降温处理。

在另外一些实施例中，液体粘合剂还可以包括光固化树脂，对焊料30进行固化处理包括：对焊料30进行曝光，以使光固化树脂固化。与其他液体粘合剂相比，光固化树脂固化速度快，能量消耗小。

值得说明的是，在焊料30包含液体粘合剂的实施例中，对焊料30加热，固化了的粘合剂会受热挥发，即实现排胶的过程，也就是说，焊接完成后，焊缝中不再含有液体粘合剂。

进一步，对焊料30进行加热，以使陶瓷粉末形成连接第一接合端面110和第二接合端面210的烧结体40包括：通过激光或电子束对焊料30进行加热。激光或电子束焊接方式的功率密度高，能够使焊料30快速升温，并可以精准定位加热位置，而降低对其他位置的影响，使得整个陶瓷工件的热变形量较小。

图5为本申请实施例提供的陶瓷焊接设备中的施料装置示意图，图6为本申请实施例提供的陶瓷焊接设备中的光照装置示意图，图7为本申请实施例提供的陶瓷焊接设备中的加热设备示意图。

参照图5-7所示，本申请实施例还提供了一种应用于上述陶瓷焊接方法中的陶瓷焊接设备，可以包括：

焊接夹具，焊接夹具用于固定第一陶瓷工件10和第二陶瓷工件20，以使第一陶瓷工件10上的第一接合端面110和第二陶瓷工件20上的第二接合端面210彼此靠近。设置焊接夹具，是为了在填充焊料30时，保证第一陶瓷工件10及第二陶瓷工件20的稳定性，以方便填料操作，进而提高焊接效率。

示例性的，焊接夹具可以包括第一机械手、第二机械手，第一机械手用于固定第一陶瓷工件10，第二机械手用于固定第二陶瓷工件20。

在另一些实施例中，焊接夹具还可以包括第一卡盘及第二卡盘，第一卡盘上设有第一卡爪，第一卡爪能够径向收缩，以实现对第一陶瓷工件10的固定，第二卡盘上设有第二卡爪，第二卡爪能够径向收缩，以实现对第二陶瓷工件20的固定，第一卡盘与第一气缸连接，第二卡盘与第二气缸，第一气缸驱动第一卡盘运动，第二气缸驱动第二卡盘运动，以实现第一接合端面110与第二接合端面210彼此靠近。

进一步，陶瓷焊接设备还可以包括，施料装置50，施料装置50用于向第一接合端面110和述第二接合端面210之间填充焊料30，焊料30包括陶瓷粉末。

其中，施料装置50可以包括料箱，焊料30装在料箱内，料箱下部设有出料口，出料口上设有出料嘴，出料嘴对准需要填料处，挤压料箱、或靠重力以使焊料30从出料嘴中流出，以填充在第一接合端面110和述第二接合端面210之间。

如图7所示，进一步，陶瓷焊接设备还包括加热设备60，加热设备60用于对焊料30加热，以使陶瓷粉末与第一接合端面110和第二接合端面210间形成烧结体40。

一些实施例中，加热设备60包括激光器610，激光器610用于发射激光，激光对准焊料30，以提高焊料30温度。

在另外一些实施例中，加热设备60包括电子束发射器，电子束发射器用于发射电子束，电子束对准焊料30以提高焊料30温度。

值得说明的是，如图7所示，加热设备60在包括激光器或电子束发射器的实施例中，加热装置还可以包括第二机械臂620，激光器610或电子束发射器安装在第二机械臂620上，第二机械臂620用于控制激光器610或电子束发射器的位置，以提高焊接效率。

本实施例提供的陶瓷焊接设备，包括：焊接夹具，焊接夹具用于固定第一陶瓷工件和第二陶瓷工件；施料装置，施料装置用于向第一接合端面110和第二接合端面210之间填充焊料，焊料包括陶瓷粉末；加热设备，加热设备用于对焊料加热，以使陶瓷粉末形成连接第一接合端面110和第二接合端面210的烧结体，通过本申请实施例中的陶瓷焊接设备，使得包括陶瓷粉末的焊料形成与第一陶瓷工件和第二陶瓷工件的材质大致相同的烧结体，降低了与第一接合端面110和第二接合端210面间的热应力，增强了第一陶瓷工件10与第二陶瓷工件20之间的连接力，提高了陶瓷工件的整体强度。

如图5所示，本实施例中，焊料还包括液体粘合剂，陶瓷粉末掺杂在液体粘合剂内，以液体粘合剂的设置，实现了对第一陶瓷工件10及第二陶瓷工件20的有效粘接，实现了焊接前第一陶瓷工件和第二陶瓷工件的预固定，无需再后续焊接操作中配置专用工装夹具。

在上述实施例中，施料装置50可以包括点胶装置510，点胶装置510包括点胶阀和储料囊，储料囊具有弹性，可以被压缩。液态的焊料30置于储料囊内，挤压储料囊，液体焊料30进入点胶阀中，点胶阀的阀体内压力升高，点胶阀开启，液体焊料30填充在第一接合端面110和第二接合端面210之间。

施料装置50还可以包括第一机械臂520，点胶阀510安装在第一机械臂520上，通过第一机械臂520的运动，来控制点胶装置510的填料位置。本申请实施例中，液体粘合剂还可以包括光固化树脂，光固化树脂被光照射后可在短时间内发生固化，因此，施料装置50还需要做避光处理，示例性地，可以将点胶阀510的颜色制成棕色，或是在点胶阀510外设有遮光层，只要能够避免光固化树脂被光线照射的实施方式皆可以，本实施例中不作限制。

进一步，如图6所示，在上述实施例中，陶瓷焊接设备还包括光照装置70，光照装置70用于对焊料30进行曝光，以使光固化树脂固化。光照装置70的设置能够加快对光固化树脂的固化，以提高焊接工艺的效率。

其中，光照装置70可以包括照明设备710，其中照明设备710可以是LED、也可以是白炽灯、荧光灯等，本实施例中不作限制。

为进一步提高焊接工艺的效率，光照装置70还可以包括第三机械臂720，照明设备710安装在第三机械臂720上，第三机械臂720用于控制照明设备710的照射位置。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种陶瓷焊接方法，其特征在于，包括：

提供第一陶瓷工件及第二陶瓷工件，所述第一陶瓷工件上具有用于焊接的第一接合端面，所述第二陶瓷工件上具有用于焊接的第二接合端面，所述第一接合端面用于与所述第二接合端面焊接；

使所述第一接合端面与所述第二接合端面靠近，并在所述第一接合端面和所述第二接合端面之间填充焊料，所述焊料包括陶瓷粉末；

对所述焊料进行加热，以使所述陶瓷粉末形成连接所述第一接合端面和所述第二接合端面的烧结体。

2.根据权利要求1所述的陶瓷焊接方法，其特征在于，在所述第一接合端面和所述第二接合端面之间填充焊料包括：所述焊料还包括液体粘合剂，所述陶瓷粉末掺杂在所述液体粘合剂内；将焊料挤出至所述第一接合端面和所述第二接合端面之间。

3.根据权利要求2所述的陶瓷焊接方法，其特征在于，将所述焊料挤出至所述第一接合端面和所述第二接合端面之间后还包括：对所述焊料进行固化处理，以使所述液体粘合剂固化。

4.根据权利要求3所述的陶瓷焊接方法，其特征在于，

所述液体粘合剂包括光固化树脂；

对所述焊料进行固化处理包括：对所述焊料进行曝光，以使所述光固化树脂固化。

5.根据权利要求1-4任一项所述的陶瓷焊接方法，其特征在于，对所述焊料进行加热，以使所述陶瓷粉末形成连接所述第一接合端面和所述第二接合端面的烧结体包括：通过激光或电子束对焊料进行加热。

6.一种陶瓷焊接设备，其特征在于，包括，

焊接夹具，所述焊接夹具用于固定第一陶瓷工件和第二陶瓷工件，以使所述第一陶瓷工件上的第一接合端面和所述第二陶瓷工件上的第二接合端面彼此靠近；

施料装置，所述施料装置用于向所述第一接合端面和所述第二接合端面之间填充焊料，所述焊料包括陶瓷粉末；

加热设备，所述加热设备用于对所述焊料加热，以使所述陶瓷粉末形成连接所述第一接合端面和所述第二接合端面的烧结体。

7.根据权利要求6所述的陶瓷焊接设备，其特征在于，所述焊料还包括液体粘合剂，所述陶瓷粉末掺杂在所述液体粘合剂内。

8.根据权利要求7所述的陶瓷焊接设备，其特征在于，所述液体粘合剂包括光固化树脂。

9.根据权利要求8所述的陶瓷焊接设备，其特征在于，所述陶瓷焊接设备还包括光照装置，所述光照装置用于对所述焊料进行曝光，以使所述光固化树脂固化。

10.根据权利要求6-9任一项所述的陶瓷焊接设备，其特征在于，所述加热设备包括激光器或电子束发射器。

Images