CN115416358B - 一种用于碳化硅反应板的压合工艺 - Google Patents
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Abstract
发明公开了一种用于碳化硅反应板的压合工艺，将待扩散焊的5片碳化硅板表面进行打磨、平整，平整度至0.05mm以内，粗糙度为Ra0.8‑Ra1.0,将上一步骤所得产品进行组合并按照指定顺序叠放整齐，得到组合件,对上一步骤所得组合件，根据组合件的尺寸、外形使用高强度石墨制作热压模具，将组合件在其中卡住，该模具的作用是限制组合件的热压过程中可能产生的移位和变形，同时利用石墨的优良导热性将温度均匀传递到组合件上,本发明实现了减少碳化硅板片在加压过程中产生的塑性变形，从而影响到内部通道的尺寸，提高扩散焊的强度，提升产品耐压能力的功能。
Description
技术领域
发明涉及微通道反应器技术领域，具体的说是一种用于碳化硅反应板的压合工艺。
背景技术
碳化硅反应板之间的压合方法，应用最广泛，也是目前大多数生产商使用的方式是热压扩散焊，该方法主要应用于碳化硅板片的封装结合（如碳化硅微通道反应器），目的是为了使得不同功能的碳化硅组件在高温高压下形成一个整体块，相对于其他的密封方法，此方法可大大提高反应器的耐压能力，不使用胶粘剂，仅通过高温高压方法使得多片材料融合成一体。
扩散焊涉及到三个主要参数为温度、压力、时间，所以实际操作中不同厂家采用的具体参数也不同，产品的扩散焊效果也不同，目前现有技术中碳化硅微通道反应器芯片的扩散焊加工产品，存在热压过程中变形的情况，如何减少变形量，提高扩散焊的质量和强度正是发明人的目的。
因此，设计一种可降低碳化硅微通道反应器扩散焊变形量，提高扩散焊强度和质量的工艺，正是发明人要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，发明的目的是提供一种用于碳化硅反应板的压合工艺，能实现可降低碳化硅微通道反应器扩散焊变形量，提高扩散焊强度和质量的功能。
发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于碳化硅反应板的压合工艺，其包括以下步骤：
（1）将待扩散焊的5片碳化硅板表面进行打磨、平整，平整度至0.05mm以内，粗糙度为Ra0.8-Ra1.0；
（2）将上一步骤所得产品进行组合并按照指定顺序叠放整齐，得到组合件；
（3）对上一步骤所得组合件，根据组合件的尺寸、外形使用高强度石墨制作热压模具，将组合件在其中卡住，该模具的作用是限制组合件的热压过程中可能产生的移位和变形，同时利用石墨的优良导热性将温度均匀传递到组合件上；
（4）将上一步骤所得装好组合件的模具放置在热压炉的上、下冲压头之间；
（5）上一步骤所得模具与上、下冲压头之间各放置一块粗粒石墨板，该石墨板的作用是为产品提供预膨胀压力；
（6）上一步骤所得模具放置好之后，上、下冲压头运动到距离模具1mm的位置，不要与模具接触，避免因产品在冷态下比较脆而受压产生破损；
（7）热压炉按照每分钟6℃的速度将炉温升至1400℃，模具上、下的石墨板受热产生膨胀，此时会将组合件进行预加压，膨胀后的石墨板也会对上下冲压头产生压力，此过程中观察液压压力，当压力开始出现波动说明石墨板已接触到压头，这时将液压机压力设定为10Mpa并维持在这一数值,该过程总用时220分钟；
（8）在1400℃下保温、保压70分钟，然后按照每分钟3℃的速度将炉温升至1700℃，将液压机压力设定为7mpa并保持30分钟,该过程总用时约200分钟；
（9）在1700℃下保温保压30分钟后，按照每分钟2℃的速度将炉温升至2200℃，该过程总用时280分钟；
（10）炉温升至1700℃后，将加压改为“拍打”式加压，即加压、泄压、再加压、再泄压的重复过程，具体操作为1700℃-2000℃之间，加压5Mpa，维持1分钟后泄压，间隔30秒后再加压，如此重复，该过程持续30分钟，2000℃-2050℃，加压4.5Mpa，维持30秒泄压，间隔30秒后再加压，如此重复，该过程持续50分钟，2050℃-2150℃，加压4Mpa，维持30秒泄压，间隔30秒后再加压，如此重复，该过程持续100分钟，2150℃-2200℃，加压3Mpa，维持10秒泄压，间隔50秒再加压，如此重复，该过程持续100分钟；
（11）完成以上步骤后，关闭热压炉加热电源，停止加压，此时无需人为泄压，利用炉内工件和石墨模具在降温后产生的收缩来泄压；
（12）待炉内温度降至100℃以内时，开启炉门并取出工件。
进一步，所述模具上、下要预留至少5mm间距，所述模具与组合件之间预留1mm间距。
进一步，所述粗粒石墨板的厚度为50mm。
进一步，所述热压炉连接有液压站。
进一步，所述液压站包括主泵，所述主泵连接有伺服电机由伺服电机提供驱动力。
进一步，所述伺服电机由PLC电路控制，从而控制主泵加压的速度和力度，根据不同温度下产品需要的加压速度和力度进行不断调节，使压力始终与产品的极限受力程度相匹配。
进一步，所述冲压头上安装有高精度的数显光栅尺，时刻记录冲压头的位移量。
发明的有益效果是：
1. 本发明通过加压、泄压相组合，相互交替使用，反复升高、降低压力，形成类似“拍打”的加压方式，可以尽可能的减少碳化硅板片在加压过程中产生的塑性变形，从而影响到内部通道的尺寸，同时也可以大大的提高扩散焊的强度，通过实践证明，这种方式扩散焊的产品耐压能力可达到10Mpa以上。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述发明，应理解，这些实施例仅用于说明发明而不用于限制发明的范围。此外应理解，在阅读了发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。
参见图1是本发明工艺流程图，一种用于碳化硅反应板的压合工艺，其包括以下步骤：
（1）将待扩散焊的5片碳化硅板表面进行打磨、平整，平整度至0.05mm以内，粗糙度为Ra0.8-Ra1.0；
（2）将上一步骤所得产品进行组合并按照指定顺序叠放整齐，得到组合件；
（3）对上一步骤所得组合件，根据组合件的尺寸、外形使用高强度石墨制作热压模具，将组合件在其中卡住，该模具的作用是限制组合件的热压过程中可能产生的移位和变形，同时利用石墨的优良导热性将温度均匀传递到组合件上；
（4）将上一步骤所得装好组合件的模具放置在热压炉的上、下冲压头之间；
（5）上一步骤所得模具与上、下冲压头之间各放置一块粗粒石墨板，该石墨板的作用是为产品提供预膨胀压力；
（6）上一步骤所得模具放置好之后，上、下冲压头运动到距离模具1mm的位置，不要与模具接触，避免因产品在冷态下比较脆而受压产生破损；
（7）热压炉按照每分钟6℃的速度将炉温升至1400℃，模具上、下的石墨板受热产生膨胀，此时会将组合件进行预加压，膨胀后的石墨板也会对上下冲压头产生压力，此过程中观察液压压力，当压力开始出现波动说明石墨板已接触到压头，这时将液压机压力设定为10Mpa并维持在这一数值,该过程总用时220分钟；
（8）在1400℃下保温、保压70分钟，然后按照每分钟3℃的速度将炉温升至1700℃，将液压机压力设定为7mpa并保持30分钟,该过程总用时约200分钟；
（9）在1700℃下保温保压30分钟后，按照每分钟2℃的速度将炉温升至2200℃，该过程总用时280分钟；
（10）炉温升至1700℃后，将加压改为“拍打”式加压，即加压、泄压、再加压、再泄压的重复过程，具体操作为1700℃-2000℃之间，加压5Mpa，维持1分钟后泄压，间隔30秒后再加压，如此重复，该过程持续30分钟，2000℃-2050℃，加压4.5Mpa，维持30秒泄压，间隔30秒后再加压，如此重复，该过程持续50分钟，2050℃-2150℃，加压4Mpa，维持30秒泄压，间隔30秒后再加压，如此重复，该过程持续100分钟，2150℃-2200℃，加压3Mpa，维持10秒泄压，间隔50秒再加压，如此重复，该过程持续100分钟；
（11）完成以上步骤后，关闭热压炉加热电源，停止加压，此时无需人为泄压，利用炉内工件和石墨模具在降温后产生的收缩来泄压；
（12）待炉内温度降至100℃以内时，开启炉门并取出工件。
模具上、下要预留至少5mm间距，模具与组合件之间预留1mm间距，粗粒石墨板的厚度为50mm，热压炉连接有液压站，液压站包括主泵，主泵连接有伺服电机由伺服电机提供驱动力，伺服电机由PLC电路控制，从而控制主泵加压的速度和力度，根据不同温度下产品需要的加压速度和力度进行不断调节，使压力始终与产品的极限受力程度相匹配，冲压头上安装有高精度的数显光栅尺，时刻记录冲压头的位移量。
热压完成后的工件会产生约2%-3%的收缩形变并实现无缝焊接，可根据工艺要求进行相应的试压检验工作。
热压炉的压力来自于液压站，本发明重点对液压机做了技术改进，传统的加压方式为直接加压，即设定某个压力数值后，液压机直接迅速进行加压，这种方式不可调节加压的速度和保压的精确性，经常会造成组合件的开裂和破损。
碳化硅产品随着温度的升高硬度随之降低，受力强度也不断变化，所以需要在不同温度下使用不同的压力和加压速度进行压合，如果使用传统的直接加压方式，产品损坏的几率极大。
实施例
将5片雕刻有微通道结构的碳化硅板表面进行研磨至平整度0.05mm以内，粗糙度为Ra0.8-Ra1.0，清洁表面油污和灰尘，将5片碳化硅板根据对应次序叠放整齐，放入石墨模具内。
将石墨模具连同工件一起放入放置在热压炉的上、下冲压头之间。
在上、下冲压头之间各放置一块粗粒石墨板，该石墨板的作用是为产品提供预膨胀压力。
上、下冲压头运动到距离模具1mm的位置，不要与模具接触，避免因产品在冷态下比较脆而受压产生破损。
按照每分钟6℃的速度将炉温升至1400℃，模具上、下的石墨板受热产生膨胀，此时会将组合件进行预加压，膨胀后的石墨板也会对上下冲压头产生压力，此过程中观察液压压力，当压力开始出现波动说明石墨板已接触到压头，这时将液压机压力设定为10Mpa并维持在这一数值；该过程总用时约220分钟。
在1400℃下保温、保压70分钟，然后按照每分钟3℃的速度将炉温升至1700℃，将液压机压力设定为7mpa并保持30分钟；该过程总用时约200分钟。
在1700℃下保温保压30分钟后，按照每分钟2℃的速度将炉温升至2200℃（该过程总用时280分钟）。
炉温升至1700℃后，将加压改为“拍打”式加压，即加压、泄压、再加压、再泄压的重复过程，具体操作为1700℃-2000℃之间，加压5Mpa，维持1分钟后泄压，间隔30秒后再加压，如此重复，该过程持续30分钟，2000℃-2050℃，加压4.5Mpa，维持30秒泄压，间隔30秒后再加压，如此重复，该过程持续50分钟，2050℃-2150℃，加压4Mpa，维持30秒泄压，间隔30秒后再加压，如此重复，该过程持续100分钟，2150℃-2200℃，加压3Mpa，维持10秒泄压，间隔50秒再加压，如此重复，该过程持续100分钟。
完成以上步骤后，关闭热压炉加热电源，停止加压，此时无需人为泄压，可利用炉内工件和石墨模具在降温后产生的收缩来泄压。
温度降至100℃，开启炉门取出工件，检测实际压缩变形量为2%，实测耐压能力为12Mpa，符合工艺要求。
本发明加压、泄压相组合的方式可以尽可能的减少碳化硅板片在加压过程中产生的塑性变形，从而影响到内部通道的尺寸，同时也可以大大的提高扩散焊的强度，通过实践证明，这种方式扩散焊的产品耐压能力可达到10Mpa以上。
Claims (7)
1.一种用于碳化硅反应板的压合工艺，其包括以下步骤：
（1）将待扩散焊的5片碳化硅板表面进行打磨、平整，平整度至0.05mm以内，粗糙度为Ra0.8-Ra1.0；（2）将上一步骤所得产品进行组合并按照指定顺序叠放整齐，得到组合件；
（3）对上一步骤所得组合件，根据组合件的尺寸、外形使用高强度石墨制作热压模具，将组合件在其中卡住，该模具的作用是限制组合件的热压过程中产生的移位和变形，同时利用石墨的优良导热性将温度均匀传递到组合件上；
（4）将上一步骤所得装好组合件的模具放置在热压炉的上、下冲压头之间；
（5）上一步骤所得模具与上、下冲压头之间各放置一块粗粒石墨板，该石墨板的作用是为产品提供预膨胀压力；
（6）上一步骤所得模具放置好之后，上、下冲压头运动到距离模具1mm的位置，不要与模具接触，避免因产品在冷态下比较脆而受压产生破损；
（7）热压炉按照每分钟6℃的速度将炉温升至1400℃，模具上、下的石墨板受热产生膨胀，此时会将组合件进行预加压，膨胀后的石墨板也会对上下冲压头产生压力，此过程中观察液压压力，当压力开始出现波动说明石墨板已接触到压头，这时将液压机压力设定为10Mpa并维持在这一数值,该过程总用时220分钟；
（8）在1400℃下保温、保压70分钟，然后按照每分钟3℃的速度将炉温升至1700℃，将液压机压力设定为7mpa并保持30分钟,该过程总用时200分钟；
（9）在1700℃下保温保压30分钟后，按照每分钟2℃的速度将炉温升至2200℃，该过程总用时280分钟；
（10）炉温升至1700℃后，将加压改为“拍打”式加压，即加压、泄压、再加压、再泄压的重复过程，具体操作为1700℃-2000℃之间，加压5Mpa，维持1分钟后泄压，间隔30秒后再加压，如此重复，该过程持续30分钟，2000℃-2050℃，加压4.5Mpa，维持30秒泄压，间隔30秒后再加压，如此重复，该过程持续50分钟，2050℃-2150℃，加压4Mpa，维持30秒泄压，间隔30秒后再加压，如此重复，该过程持续100分钟，2150℃-2200℃，加压3Mpa，维持10秒泄压，间隔50秒再加压，如此重复，该过程持续100分钟；
（11）完成以上步骤后，关闭热压炉加热电源，停止加压，此时无需人为泄压，利用炉内工件和石墨模具在降温后产生的收缩来泄压；
（12）待炉内温度降至100℃以内时，开启炉门并取出工件。
2.根据权利要求1所述的一种用于碳化硅反应板的压合工艺，其特征在于：所述模具上、下要预留至少5mm间距，所述模具与组合件之间预留1mm间距。
3.根据权利要求1所述的一种用于碳化硅反应板的压合工艺，其特征在于：所述粗粒石墨板的厚度为50mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于碳化硅反应板的压合工艺，其特征在于：所述热压炉连接有液压站。
5.根据权利要求4所述的一种用于碳化硅反应板的压合工艺，其特征在于：所述液压站包括主泵，所述主泵连接有伺服电机由伺服电机提供驱动力。
6.根据权利要求5所述的一种用于碳化硅反应板的压合工艺，其特征在于：所述伺服电机由PLC电路控制，从而控制主泵加压的速度和力度，根据不同温度下产品需要的加压速度和力度进行不断调节，使压力始终与产品的极限受力程度相匹配。
7.根据权利要求1所述的一种用于碳化硅反应板的压合工艺，其特征在于：所述冲压头上安装有高精度的数显光栅尺，时刻记录冲压头的位移量。
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