CN117102606A - 一种低温下通过超声辅助在工业级石墨基板上制备焊点的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超声波焊接领域，具体为一种低温下通过超声辅助在工业级石墨基板上制备焊点的方法：在加热到一定温度工业级石墨基板上放置制备好的焊球，并用超声波超声处理一段时间，得到焊点。有益效果为：通过超声处理，克服了因石墨易氧化和燃烧而必须在真空环境或保护气氛下焊接的弊端；同时去除了焊料表面氧化膜，促进焊料扩散，改善石墨的浸润性，避免了石墨与焊料的热膨胀系数差异较大造成的散热过程中因热冲击破坏界面的问题，在焊接存在润湿障碍的材料上有潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于超声波焊接技术领域，具体涉及一种低温下通过超声辅助在工业级石墨基板上制备焊点的方法。
背景技术
石墨因具有较低的密度、良好的机械强度以及高导热性和导电性，被广泛应用于热交换器、高频电路和高功率电路等领域。但石墨与焊料的热膨胀系数差异较大造成的散热过程中因热冲击破坏界面以及大多数液态金属不润湿石墨等问题限制着石墨的应用。
为解决上述问题，热压焊接、激光焊接和电弧焊接等方法被提出。但这些方法都伴随着高温，存在必须在真空环境或保护气氛下进行焊接的限制。同时，也存在焊接质量的不稳定性、难以达到稳定的焊接温度以及生产效率较低等问题。因此，迫切需要一种更优良的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温下通过超声辅助在工业级石墨基板上制备焊点的方法，以解决上述的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低温下通过超声辅助在工业级石墨基板上制备焊点的方法，通过以下步骤制成：
步骤一：将锡，银，铝和钛按一定比例坩埚中熔化三次，之后坩埚在水中冷却以形成焊锭，随后，将焊锭切成球状；
步骤二：将工业级石墨基板加热到一定温度后，将焊球放置在石墨板表面，一旦焊球融化成球状液滴，打开超声波喇叭一段时间，制备焊点。
优选的，所述步骤一中锡、银、铝和钛纯度为95％—99.9％。
优选的，所述步骤一中的锡，银，铝和钛的质量分数比为13.8:53.4:32.8:0，26.5:73.5:0:0.7，64.9:0:33.4:1.7，85:11:3:1,85:9:4:2,87:11:2:0,87:5:8:0,90:6:4:0,90:8:1:1,92:5:2:1,92:4:4:0中的一种或几种。
优选的，步骤一中的熔融温度为1000K—1500K。
优选的，步骤二中的焊球的直径为1mm—6mm。
优选的，步骤二中的工业级石墨板的尺寸为70mm×40mm×8mm，工业级石墨板的孔隙率为5％—15％。
优选的，所述步骤二中的超声波喇叭具体为超声波发生器，超声波换能器和直径为5mm—15mm的钛合金喇叭组成，超声波振动的频率为10-50kHz，超声波振动的振幅为5-30μm，超声时间为1—10s。
优选的，所述步骤二中放焊球时石墨板的温度为600K—850K，放焊球的位置距超声波喇叭中心5-20mm。
本发明的技术效果和优点：通过超声处理，克服了因石墨易氧化和燃烧而必须在真空环境或保护气氛下焊接的弊端，同时去除了焊料表面氧化膜，促进焊料扩散，改善了石墨表面较差的润湿性，避免了石墨与焊料的热膨胀系数差异较大造成的散热过程中因热冲击破坏界面的问题，在焊接存在润湿障碍的材料上有潜在的应用价值，采用超声辅助的方法去除了焊料表面氧化膜，促进焊料扩散，改善石墨的浸润性，从而实现在低温下在石墨基板上制备焊点。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种低温下通过超声辅助在工业级石墨基板上制备焊点的方法，通过以下步骤制成：
步骤一：将锡，银，铝和钛按一定比例坩埚中熔化三次，之后坩埚在水中冷却以形成焊锭，随后，将焊锭切成球状；
步骤二：将工业级石墨基板加热到一定温度后，将焊球放置在石墨板表面，一旦焊球融化成球状液滴，打开超声波喇叭一段时间，制备焊点。
具体的，所述步骤一中锡、银、铝和钛纯度为95％—99.9％。
具体的，所述步骤一中的锡，银，铝和钛的质量分数比为13.8:53.4:32.8:0，26.5:73.5:0:0.7，64.9:0:33.4:1.7，85:11:3:1,85:9:4:2,87:11:2:0,87:5:8:0,90:6:4:0,90:8:1:1,92:5:2:1,92:4:4:0中的一种或几种。
具体的，步骤一中的熔融温度为1000K—1500K。
具体的，步骤二中的焊球的直径为1mm—6mm。
具体地，步骤二中的工业级石墨板的尺寸为70mm×40mm×8mm，工业级石墨板的孔隙率为5％—15％。
具体地，所述步骤二中的超声波喇叭具体为超声波发生器，超声波换能器和直径为5mm—15mm的钛合金喇叭组成，超声波振动的频率为10-50kHz，超声波振动的振幅为5-30μm，超声时间为1—10s。
具体的，所述步骤二中放焊球时石墨板的温度为600K—850K，放焊球的位置距超声波喇叭中心5-20mm。
工作原理：
实施例一：
1.石墨基板的选择：选择尺寸为70mm×40mm×8mm，孔隙率为10％的工业级石墨基板。
2.制备球状焊料：将锡，银，铝和钛按13.8:53.4:32.8:0的质量分数比1273K坩埚中熔化三次，之后坩埚在水中冷却以形成焊锭。随后，将焊锭切成直径为4mm球状。
3.超声装置的安装：超声波设备由超声波发生器，超声波换能器和直径为10mm的钛合金喇叭组成，放置在距离石墨基板边缘10mm。
4.超声装置参数设置：超声波振动的频率为20kHz，振动的振幅为15μm，超声时间为5s。
5.在石墨基板上制备焊点：将尺石墨加热到723K后，将焊球放置在石墨基板表面距钛合金喇叭15mm处，一旦焊球融化成球状液滴，打开超声波喇叭一段时间，制备焊点。
实施例二：
1.石墨基板的选择：选择尺寸为70mm×40mm×8mm，孔隙率为10％的工业级石墨基板。
2.制备球状焊料：将锡，银，铝和钛按87:5:8:0的质量分数比1273K坩埚中熔化三次，之后坩埚在水中冷却以形成焊锭。随后，将焊锭切成直径为4mm球状。
3.超声装置的安装：超声波设备由超声波发生器，超声波换能器和直径为10mm的钛合金喇叭组成，放置在距离石墨基板边缘10mm。
4.超声装置参数设置：超声波振动的频率为20kHz，振动的振幅为15μm，超声时间为7s。
5.在石墨基板上制备焊点：将尺石墨加热到723K后，将焊球放置在石墨基板表面距钛合金喇叭15mm处，一旦焊球融化成球状液滴，打开超声波喇叭一段时间，制备焊点。
实施例三：
1.石墨基板的选择：选择尺寸为70mm×40mm×8mm，孔隙率为10％的工业级石墨基板。
2.制备球状焊料：将锡，银，铝和钛按26.5:73.5:0:0的质量分数比1273K坩埚中熔化三次，之后坩埚在水中冷却以形成焊锭。随后，将焊锭切成直径为4mm球状。
3.超声装置的安装：超声波设备由超声波发生器，超声波换能器和直径为10mm的钛合金喇叭组成，放置在距离石墨基板边缘10mm。
4.超声装置参数设置：超声波振动的频率为20kHz，振动的振幅为15μm，超声时间为4s。
5.在石墨基板上制备焊点：将尺石墨加热到723K后，将焊球放置在石墨基板表面距钛合金喇叭15mm处，一旦焊球融化成球状液滴，打开超声波喇叭一段时间，制备焊点。
实施例三：
1.石墨基板的选择：选择尺寸为70mm×40mm×8mm，孔隙率为10％的工业级石墨基板。
2.制备球状焊料：将锡，银，铝和钛按92:5:2:1的质量分数比1273K坩埚中熔化三次，之后坩埚在水中冷却以形成焊锭。随后，将焊锭切成直径为4mm球状。
3.超声装置的安装：超声波设备由超声波发生器，超声波换能器和直径为10mm的钛合金喇叭组成，放置在距离石墨基板边缘10mm。
4.超声装置参数设置：超声波振动的频率为25kHz，振动的振幅为15μm，超声时间为4s。
5.在石墨基板上制备焊点：将尺石墨加热到723K后，将焊球放置在石墨基板表面距钛合金喇叭15mm处，一旦焊球融化成球状液滴，打开超声波喇叭一段时间，制备焊点。
本发明的创新点在于采用超声辅助的方法去除了焊料表面氧化膜，促进焊料扩散，改善石墨的浸润性，从而实现在低温下在石墨基板上制备焊点。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种低温下通过超声辅助在工业级石墨基板上制备焊点的方法，其特征在于：通过以下步骤制成：
步骤一：将锡，银，铝和钛按一定比例坩埚中熔化三次，之后坩埚在水中冷却以形成焊锭，随后，将焊锭切成球状；
步骤二：将工业级石墨基板加热到一定温度后，将焊球放置在石墨板表面，一旦焊球融化成球状液滴，打开超声波喇叭一段时间，制备焊点。
2.根据权利要求1所述的一种低温下通过超声辅助在工业级石墨基板上制备焊点的方法，其特征在于：所述步骤一中锡、银、铝和钛纯度为95％—99.9％。
3.根据权利要求1所述的一种低温下通过超声辅助在工业级石墨基板上制备焊点的方法，其特征在于：所述步骤一中的锡，银，铝和钛的质量分数比为13.8:53.4:32.8:0，26.5:73.5:0:0.7，64.9:0:33.4:1.7，85:11:3:1,85:9:4:2,87:11:2:0,87:5:8:0,90:6:4:0,90:8:1:1,92:5:2:1,92:4:4:0中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种低温下通过超声辅助在工业级石墨基板上制备焊点的方法，其特征在于：步骤一中的熔融温度为1000K—1500K。
5.根据权利要求1所述的一种低温下通过超声辅助在工业级石墨基板上制备焊点的方法，其特征在于：步骤二中的焊球的直径为1mm—6mm。
6.根据权利要求1所述的一种低温下通过超声辅助在工业级石墨基板上制备焊点的方法，其特征在于：步骤二中的工业级石墨板的尺寸为70mm×40mm×8mm，工业级石墨板的孔隙率为5％—15％。
7.根据权利要求1所述的一种低温下通过超声辅助在工业级石墨基板上制备焊点的方法，其特征在于：所述步骤二中的超声波喇叭具体为超声波发生器，超声波换能器和直径为5mm—15mm的钛合金喇叭组成，超声波振动的频率为10-50kHz，超声波振动的振幅为5-30μm，超声时间为1—10s。
8.根据权利要求1所述的一种低温下通过超声辅助在工业级石墨基板上制备焊点的方法，其特征在于：所述步骤二中放焊球时石墨板的温度为600K—850K，放焊球的位置距超声波喇叭中心5-20mm。
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