CN1321776C

CN1321776C - 用于钎焊连接ptc陶瓷与铝合金的自钎钎料

Info

Publication number: CN1321776C
Application number: CNB2005100343977A
Authority: CN
Inventors: 卫国强; 杨永强
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2025-04-29
Also published as: CN1686662A

Abstract

本发明公开了一种用于钎焊连接PTC陶瓷与铝合金的自钎钎料，该自钎钎料由Zn、Al、Ag、Ti、Sn、Bi、Ga及稀土组成，各组份按重量百分比计：Al为3.0～7.0%；Ag为0.3～6.0%；Ti为0.01～2.0%；Sn为1.0～8.0%；Bi为0.1～3.0%；Ga为0.01～1.0%；稀土为0.01～0.5%；余量为Zn。该自钎钎料在固态有一定塑性，对PTC陶瓷有良好浸润性，并能和PTC陶瓷界面形成键合，满足PTC陶瓷工作温度要求。用本发明的自钎钎料钎焊连接PTC陶瓷与铝合金，可取代用硅胶粘接的PTC陶瓷与铝合金，并可避免用硅胶粘接带来的一系列缺点。

Description

用于钎焊连接PTC陶瓷与铝合金的自钎钎料

技术领域

本发明涉及钎焊技术领域，具体是指一种用于钎焊连接PTC陶瓷与铝合金的自钎钎料。

背景技术

当前PTC陶瓷与铝合金的连接方法主要是采用胶接，由于PTC陶瓷工作温度最高可达300℃，因此采用硅胶胶接的工艺存在如下缺点：1)硅胶在使用过程中容易老化，导致PTC陶瓷功率下降，严重时可导致元件损坏；2)由于接合层的硅胶导电、导热性差，不能充分发挥PTC陶瓷的作用；3)用硅胶胶接的接头长期工作的稳定性及可靠性差；4)硅胶在使用过程中，受热会发出异味。

钎焊技术已广泛应用于陶瓷和金属的连接，但用于连接PTC陶瓷满足其工艺要求和使用要求的中温钎料还未见报道。从已经公开的Zn基钎料来看，主要有Zn72Al28、Zn95Al5、Zn93Ag4.5Al2.5Si、Zn65Al20Cu15等。Zn72Al28钎料由于加入大量的Al，因此熔点较高(430～500℃)，不适于钎焊PTC陶瓷；Zn95Al5是共晶点成份的钎料，熔点(T_m＝380℃)较合适，但钎料较脆，钎焊PTC陶瓷时，产生较大内应力，同时对PTC陶瓷浸润性差，键合能力弱，导致接合强度差；Zn65Al20Cu15在Zn-Al基础上，加入Cu，降低了熔点(415～425℃)，但Al、Cu含量过高，钎料较脆，该钎料同样对PTC陶瓷浸润性差，键合能力弱；Zn93Ag4.5Al2.5Si(熔点390～420℃)则是添加Ag改善钎料的润湿性和抗腐蚀性，以上所述的钎料对PTC陶瓷润湿性差，钎料较脆，键合能力弱，有的熔化温度偏高，钎焊连接后，产生较大的内应力，使接合强度降低，不能满足PTC陶瓷的连接。02133083.2号中国发明专利申请“铝合金及铝基复合材料的自钎钎料及制备方法”提出了一种用于铝合金及铝基复合材料的中温、高强、无钎剂钎焊材料配方，从添加的合金元素来看，熔点高于400℃，该钎料用于铝合金及铝基复合材料的钎焊，性能优越，但由于高熔点合金元素较多(为保证强度)，钎料熔点较高，同样不适宜PTC陶瓷的连接。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种用于钎焊连接PTC陶瓷与铝合金的自钎钎料。该自钎钎料在固态有一定塑性，导电、导热性能良好，钎料熔点低，对PTC陶瓷有良好浸润性，并能和PTC陶瓷界面形成键合，满足PTC陶瓷工作温度(≤300℃)要求。

本发明所述用于钎焊连接PTC陶瓷与铝合金的自钎钎料，其特征是，由Zn、Al、Ag、Ti、Sn、Bi、Ga及稀土组成，各组份按重量百分比计：Al为3.0～7.0％；Ag为0.3～6.0％；Ti为0.01～2.0％；Sn为1.0～8.0％；Bi为0.1～3.0％；Ga为0.01～1.0％；稀土为0.01～0.5％；余量为Zn。

为了更好地实现本发明，所述用于钎焊连接PTC陶瓷与铝合金的自钎钎料中各组份按重量百分比计还可以为：Al为4.0～6.0％；Ag为2.0～5.0％；Ti为0.05～1.5％；Sn为3.0～6.0％；Bi为0.1～1.5％；Ga为0.05～0.5％；稀土为0.05～0.3％；余量为Zn。

本发明中各组份的作用及含量限定的原理如下(含量均为重量百分比)：

Al：Al含量为5.0％时可与Zn形成共晶，降低钎料熔点，但过量的Al使钎料焊后外观质量下降，同时Al是非常容易氧化的元素，它与氧化物接合时容易形成键合，根椐以上考虑，含量在3.0～7.0％内为宜，优选4.0～6.0％。

Ag：可改善钎料的机械性能及浸润能力，并使钎缝美观，从经济性及性能综合考虑，含量为0.3～6.0％，优选2.0～5.0％。

Ti：是非常容易氧化的元素，与氧化物接合时容易形成键合，特别是改善浸润能力，但太多时增加钎料脆性，对改善塑性不利，含量为0.01～2.0％，优选0.05～1.5％。

Sn：和Zn可形成共晶，主要用于调整熔点，在固态下和Zn完全不固溶，因此要考虑加入量对性能的影响，过多会形成低熔共晶，含量为1.0～8.0％，优选3.0～6.0％。

Bi：可降低钎料的熔点，但Bi使钎料耐腐蚀性降低，含量为0.1～3.0％，优选0.1～1.5％。

Ga：可改善钎料的润湿性，机械性能，考虑经济性，含量为0.01～1.0％，优选0.05～0.5％。

稀土：一般稀土和氧亲合力大，有利于键合，另稀土可细化晶粒，使钎料机械性能提高，过量会使塑性降低，含量为0.01～0.5％，优选0.05～0.3％。

Zn：熔点为419℃，是唯一可考虑的无毒中温钎料基体，用于钎焊铝时可形成牢固的接合。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明通过添加Al、Ag、Sn、Bi组份来调整钎料的熔点、塑性，降低PTC陶瓷钎焊连接时的内应力及满足PTC陶瓷的工作温度要求(≤300℃)；通过添加Ti、Ga、稀土组份来增加钎料和PTC陶瓷的界面接合强度，以形成牢固的连接；同时Ga和稀土还可改善钎料的综合机械性能及钎焊工艺性能。本发明所述自钎钎料在固态有一定塑性，固相线温度在300℃以上，液相线温度在400℃以下，对PTC陶瓷有良好浸润性，并能和PTC陶瓷界面形成键合，满足PTC陶瓷工作温度(≤300℃)要求。本发明所述自钎钎料用于钎焊连接PTC陶瓷与铝合金，可取代用硅胶粘接的PTC陶瓷与铝合金，并可避免用硅胶粘接带来的一系列缺点。本发明所述自钎钎料配合适当的钎焊工艺，可取代当前PTC陶瓷用胶接的方法，得到导热性良好的欧姆连接，充分发挥PTC陶瓷的效率；可简化原工艺在胶接前在PTC陶瓷连接面热喷涂铝金属过渡层的工艺，降低制作成本；可提高PTC陶瓷连接可靠性及长期运行稳定性；还可以钎焊连接其它陶瓷/陶瓷、陶瓷/金属材料，连接接头有一定的耐温能力。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明实施例中所使用的自钎钎料可以先在真空电弧炉或真空感应熔炼炉中熔炼，铸锭，然后按常规工艺轧制成所需厚度的片材或通过挤压、拉拔制成所需直径的丝材，也可通过真空雾化方法制成所需粒度的粉状钎料。

实施例一

把尺寸为23mm×13mm×2.2mm的PTC陶瓷、铝板放在加热板上加热，加热温度为400℃，到温时放上钎料(按重量百分比计，钎料的具体配比Al：5.0％；Ag：4.5％；Ti：1.0％；Sn：4.5％；Bi：1.5％；Ga：0.5％；稀土：0.025％；余量为Zn及不可避免的杂质)，待钎料熔化后，用刮擦的方法使钎料辅展，保温一分钟，而后把PTC陶瓷放在铝板上，略施加压力，缓冷，既可完成钎焊连接。

实施例二

把尺寸为23mm×13mm×2.2mm的PTC陶瓷、铝板放在加热板上加热，加热温度为400℃，到温时放上钎料(按重量百分比计，钎料的具体配比Al：3.0％；Ag：0.3％；Ti：2.0％；Sn：8.0％；Bi：0.1％；Ga：1.0％；稀土：0.5％；余量为Zn及不可避免的杂质)，待钎料熔化后，用刮擦的方法使钎料辅展，保温一分钟，而后把PTC陶瓷放在铝板上，略施加压力，缓冷，既可完成钎焊连接。

实施例三

把尺寸为23mm×13mm×2.2mm的PTC陶瓷、铝板放在加热板上加热，加热温度为400℃，到温时放上钎料(按重量百分比计，钎料的具体配比Al：7.0％；Ag：6.0％；Ti：0.01％；Sn：1.0％；Bi：3.0％；Ga：0.01％；稀土：0.01％；余量为Zn及不可避免的杂质)，待钎料熔化后，用刮擦的方法使钎料辅展，保温一分钟，而后把PTC陶瓷放在铝板上，略施加压力，缓冷，既可完成钎焊连接。

实施例四

把尺寸为23mm×13mm×2.2mm的PTC陶瓷、铝板放在加热板上加热，加热温度为400℃，到温时放上钎料(按重量百分比计，钎料的具体配比Al：4.0％；Ag：3.0％；Ti：1.0％；Sn：5.0％；Bi：0.5％；Ga：0.1％；稀土：0.08％；余量为Zn及不可避免的杂质)，待钎料熔化后，用刮擦的方法使钎料辅展，保温一分钟，而后把PTC陶瓷放在铝板上，略施加压力，缓冷，既可完成钎焊连接。

实施例五

把尺寸为23mm×13mm×2.2mm的PTC陶瓷、铝板放在加热板上加热，加热温度为400℃，到温时放上钎料(按重量百分比计，钎料的具体配比Al：4.0％；Ag：5.0％；Ti：1.5％；Sn：5.0％；Bi：0.5％；Ga：0.1％；稀土：0.3％；余量为Zn及不可避免的杂质)，待钎料熔化后，用刮擦的方法使钎料辅展，保温一分钟，而后把PTC陶瓷放在铝板上，略施加压力，缓冷，既可完成钎焊连接。

实施例六

把尺寸为23mm×13mm×2.2mm的PTC陶瓷放在铝板上，在待连接处放上钎料(片状或粉状)(按重量百分比计，钎料的具体配比Al：4.0％；Ag：3.0％；Ti：1.0％；Sn：6.0％；Bi：0.5％；Ga：0.1％；稀土：0.08％；余量为Zn及不可避免的杂质)，然后加热，待钎料熔化后，通过超声波机加压进行超声振动，缓冷，既可完成钎焊连接。

实施例七

把尺寸为23mm×13mm×2.2mm的PTC陶瓷放在铝板上，在待连接处放上钎料(片状或粉状)(按重量百分比计，钎料的具体配比Al：6.0％；Ag：2.0％；Ti：0.05％；Sn：3.0％；Bi：1.5％；Ga：0.05％；稀土：0.05％；余量为Zn及不可避免的杂质)，然后加热，待钎料熔化后，通过超声波机加压进行超声振动，缓冷，既可完成钎焊连接。

实施例八

在实施例一～五中，用超声波电烙铁使钎料润湿辅展，可使加热温度降低，钎焊连接效果更好。

如上所述，即可较好地实现本发明。

Claims

1、用于钎焊连接PTC陶瓷与铝合金的自钎钎料，其特征是，由Zn、Al、Ag、Ti、Sn、Bi、Ga及稀土组成，各组份按重量百分比计：Al为3.0～7.0％；Ag为0.3～6.0％；Ti为0.01～2.0％；Sn为1.0～8.0％；Bi为0.1～3.0％；Ga为0.01～1.0％；稀土为0.01～0.5％；余量为Zn。

2、根据权利要求1所述用于钎焊连接PTC陶瓷与铝合金的自钎钎料，其特征是，所述各组份按重量百分比计为：Al为4.0～6.0％；Ag为2.0～5.0％；Ti为0.05～1.5％；Sn为3.0～6.0％；Bi为0.1～1.5％；Ga为0.05～0.5％；稀土为0.05～0.3％；余量为Zn。