高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法
【專利摘要】高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法，它涉及高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的硬釬焊方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料自身連接或與可伐合金焊接必須在母材固相線以下的低溫下進(jìn)行，且在釬焊過(guò)程中需要鍍覆金屬層的問(wèn)題。方法：一、水洗碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料和可伐合金；二、酸洗、堿洗碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；三、固定釬料、碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料和可伐合金；四、進(jìn)行焊接。本發(fā)明用于用于高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料自身連接或復(fù)合材料與可伐合金的釬焊。
【專利說(shuō)明】高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的硬釬焊方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)航空航天工業(yè)及信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，在航空、航天和軍事領(lǐng)域用途廣泛的微波電路、微電子器件、半導(dǎo)體集成電路向著集成度高、功率大、重量輕、體積小、性能強(qiáng)和可靠性高的方向發(fā)展，這就要求芯片集成度越來(lái)越高，芯片的尺寸和功率越來(lái)越大，散熱要求越來(lái)越嚴(yán)格，隨之，對(duì)芯片的載體-封裝材料及其封裝技術(shù)提出更為苛刻的要求。
[0003]單一的金屬、陶瓷等已經(jīng)越來(lái)越難以滿足芯片對(duì)封裝殼體的要求，尤其是傳統(tǒng)的封裝材料可伐合金(Fe-Co-Ni )等由于比重大、導(dǎo)熱性差等原因嚴(yán)重制約了它們?cè)诤娇蘸教祜w行器電子系統(tǒng)中的推廣使用。迫切需要一種集低膨脹、高導(dǎo)熱、輕質(zhì)三大特性于一身的新型電子封裝材料，近十幾年來(lái)問(wèn)世的高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒/鋁基復(fù)合材料就是為了滿足這種要求應(yīng)運(yùn)而生的一種新型結(jié)構(gòu)材料。然而，由于該種材料的陶瓷增強(qiáng)相SiC顆粒的體積百分比較大，且與基體的物理化學(xué)性能有很大差異，導(dǎo)致材料的焊接性很差，成為電子行業(yè)中推廣應(yīng)用該種新型封裝材料的瓶頸難題。同時(shí)，在航空航天等領(lǐng)域，完全用高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒/鋁基(SiCp/Al)復(fù)合材料替代傳統(tǒng)的可伐合金還面臨工藝與設(shè)備等許多條件限制，復(fù)合材料與可伐合金的連接是電子封裝生產(chǎn)中遇到的新問(wèn)題。
[0004]由于接頭形式以及異種材料焊接的要求，通常的熔化焊方法難以實(shí)現(xiàn)有效連接，目前復(fù)合材料與可伐合金的連接主要采用釬焊方法。在材料與焊接界，國(guó)際上公認(rèn)的“釬焊”的定義是:采用比母材熔點(diǎn)低的釬料，在低于母材固相線而高于釬料液相線的溫度下，通過(guò)熔化的釬料將母材連接在一起的焊接技術(shù)。熔化的釬料在母材間隙中或表面上潤(rùn)濕、毛細(xì)流動(dòng)、填充、鋪展、與母材相互作用(溶解、擴(kuò)散或產(chǎn)生金屬間化合物)，凝固后形成牢固的焊接接頭。對(duì)于鋁基復(fù)合材料而言，陶瓷增強(qiáng)相與釬料在物理和化學(xué)性能上的極大差異，嚴(yán)重阻礙了釬料在母材上的潤(rùn)濕和鋪展，從而不會(huì)在母材表面發(fā)生冶金或者化學(xué)反應(yīng)，高質(zhì)量的接頭就難以獲得，為此不得不在復(fù)合材料表面鍍覆一層金屬層，以改善釬料的潤(rùn)濕性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料自身連接或與可伐合金焊接必須在母材固相線以下的低溫下進(jìn)行，且在釬焊過(guò)程中需要鍍覆金屬層的問(wèn)題，而提供高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法。
[0006]本發(fā)明高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法是按以下步驟進(jìn)行的:
[0007]一、將碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?15min，用蒸餾水水洗3?5次后吹干，再用砂紙對(duì)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理IOmin?15min，然后用蒸餾水水洗3?5次后吹干，即得到處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；
[0008]二、將可伐合金在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?15min，用蒸餾水水洗3?5次后吹干，再用砂紙對(duì)可伐合金的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理IOmin?15min，然后用蒸餾水水洗3?5次后吹干，即得到處理后的可伐合金；
[0009]三、將步驟一處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在濃度為7%的NaOH溶液中放置20s?30s，然后用蒸餾水水洗3?5次，再用濃度為5%的HNO3溶液進(jìn)行酸洗15s?25s，最后用蒸餾水水洗3?5次后吹干，即得到清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；
[0010]四、在處理后的可伐合金的待焊表面上設(shè)置銀基釬料，然后在銀基釬料上設(shè)置清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，用石墨夾具夾好，即得到待焊件；
[0011]五、將步驟四得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在真空度為3X10_3Pa、焊接溫度為585°C的條件下保溫30min，隨爐冷卻，即完成高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料與可伐合金的焊接；
[0012]步驟一中所述碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的基體為6063鋁合金；其固相線溫度為563°C，液相線溫度為654°C ；
[0013]步驟四中所述銀基釬料為Ag47-Cul8-1nl7-Snl7-Til合金釬料；
[0014]步驟四中所述的石墨夾具是在室溫條件下，在酒精中超聲處理2min?5min，然后在丙麗中超聲處理2min?5min。
[0015]本發(fā)明高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法是按以下步驟進(jìn)行的:
[0016]一、將碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?15min，用蒸餾水水洗3?5次后吹干，再用砂紙對(duì)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理IOmin?15min，然后用蒸餾水水洗3?5次后吹干，即得到處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；
[0017]二、將可伐合金在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?15min，用蒸餾水水洗3?5次后吹干，再用砂紙對(duì)可伐合金的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理IOmin?15min，然后用蒸餾水水洗3?5次后吹干，即得到處理后的可伐合金；
[0018]三、將步驟一處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在濃度為7%的NaOH溶液中放置20s?30s，然后用蒸餾水水洗3?5次，再用濃度為5%的HNO3溶液進(jìn)行酸洗15s?25s，最后用蒸餾水水洗3?5次后吹干，即得到清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；
[0019]四、在處理后的可伐合金的待焊表面上設(shè)置銀基釬料，然后在銀基釬料上設(shè)置清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，用石墨夾具夾好，即得到待焊件；
[0020]五、將步驟四得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在真空度為3X10_3Pa、焊接溫度為590°C的條件下保溫lOmin，隨爐冷卻，即完成高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料與可伐合金的焊接；
[0021]步驟一中所述碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的基體為A356鋁合金；其固相線溫度為577°C，液相線溫度為624°C。
[0022]步驟四中所述銀基釬料為Ag57.6-Cu22.4-1nlO-SnlO合金釬料；
[0023]步驟四中所述的石墨夾具是在室溫條件下，在酒精中超聲處理2min?5min，然后在丙麗中超聲處理2min?5min。
[0024]有益效果:
[0025]1、本發(fā)明采用焊接溫度高于碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固相線，位于碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液相線之間，不需要在碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料表面鍍覆金屬層，也不需要焊接時(shí)使用釬劑，并可以獲得高的接頭強(qiáng)度。碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由于其制備工藝的特殊性，剛度大，可以在高于碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固相線的溫度下保持一定的形狀不變形，這樣利用其矛盾的特殊性在較高的溫度下施焊，不但提高了原子的擴(kuò)散能力，而且碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中有一定量的液相存在，有利于釬料的潤(rùn)濕鋪展和冶金反應(yīng)的充分進(jìn)行。
[0026]2、本發(fā)明采用自制銀基釬料不僅提高接頭質(zhì)量，而且擴(kuò)大了釬料對(duì)母材的適用范圍。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為試驗(yàn)一焊接后焊縫的200倍掃描電鏡圖；
[0028]圖2為試驗(yàn)一焊接后焊縫的500倍掃描電鏡圖；
[0029]圖3為試驗(yàn)一焊接后接頭背散射成像圖；
[0030]圖4為試驗(yàn)一焊接后接頭掃描能譜分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法是按以下步驟進(jìn)行的:
[0032]一、將碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?15min，用蒸餾水水洗3?5次后吹干，再用砂紙對(duì)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理IOmin?15min，然后用蒸餾水水洗3?5次后吹干，即得到處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；
[0033]二、將可伐合金在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?15min，用蒸餾水水洗3?5次后吹干，再用砂紙對(duì)可伐合金的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理IOmin?15min，然后用蒸餾水水洗3?5次后吹干，即得到處理后的可伐合金；
[0034]三、將步驟一處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在濃度為7%的NaOH溶液中放置20s?30s，然后用蒸餾水水洗3?5次，再用濃度為5%的HNO3溶液進(jìn)行酸洗15s?25s，最后用蒸餾水水洗3?5次后吹干，即得到清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；
[0035]四、在處理后的可伐合金的待焊表面上設(shè)置銀基釬料，然后在銀基釬料上設(shè)置清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，用石墨夾具夾好，即得到待焊件；
[0036]五、將步驟四得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在真空度為3X10_3Pa、焊接溫度為585°C的條件下保溫30min，隨爐冷卻，即完成高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料與可伐合金的焊接；
[0037]步驟一中所述碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的基體為6063鋁合金；其固相線溫度為563°C，液相線溫度為654°C ；
[0038]步驟四中所述銀基釬料為Ag47-Cul8-1nl7-Snl7-Til合金釬料；[0039]步驟四中所述的石墨夾具是在室溫條件下，在酒精中超聲處理2min?5min，然后在丙麗中超聲處理2min?5min。
[0040]本實(shí)施方式采用焊接溫度高于碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固相線，位于碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液相線之間，不需要在碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料表面鍍覆金屬層，也不需要焊接時(shí)使用釬劑，并可以獲得高的接頭強(qiáng)度。碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由于其制備工藝的特殊性，剛度大，可以在高于碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固相線的溫度下保持一定的形狀不變形，這樣利用其矛盾的特殊性在較高的溫度下施焊，不但提高了原子的擴(kuò)散能力，而且碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中有一定量的液相存在，有利于釬料的潤(rùn)濕鋪展和冶金反應(yīng)的充分進(jìn)行。
[0041]本實(shí)施方式采用自制銀基釬料不僅提高接頭質(zhì)量，而且擴(kuò)大了釬料對(duì)母材的適用范圍。
[0042]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟一在丙酮中超聲處理12min，用蒸餾水水洗4次后吹干，再用砂紙對(duì)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理12min，然后用蒸餾水水洗4次后吹干，即得到處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。其他與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0043]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:步驟二在丙酮中超聲處理12min，用蒸餾水水洗4次后吹干，再用砂紙對(duì)可伐合金的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理12min，然后用蒸餾水水洗4次后吹干，即得到處理后的可伐合金。其他與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0044]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三不同的是:步驟三在濃度為7%的NaOH溶液中放置25s，然后用蒸餾水水洗4次，再用濃度為5%的HNO3溶液進(jìn)行酸洗20s，最后用蒸餾水水洗4次后吹干，即得到清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。其他與【具體實(shí)施方式】一至三相同。
[0045]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是:步驟四中所述銀基釬料的制備方法是按以下步驟進(jìn)行的:
[0046]一、按質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 47%Ag、18%Cu、17%In、17%Sn 和 l%Ti 稱取原料；
[0047]二、將步驟一稱取的47%Ag和18%Cu放在高頻感應(yīng)真空熔煉爐中，在真空度為IPa，熔煉溫度為1350°C的條件下熔煉20min，空冷后得到Ag-Cu中間合金，將Ag-Cu中間合金分成兩半，得到Ag-Cu中間合金A和Ag-Cu中間合金B(yǎng),且所述的Ag-Cu中間合金A與Ag-Cu中間合金B(yǎng)的質(zhì)量比為1:1 ;
[0048]三、在高頻感應(yīng)真空熔煉爐中加入步驟二得到的Ag-Cu中間合金A、步驟一稱取的17%In和17%Sn，在真空度為IPa，熔煉溫度為850°C的條件下熔煉lOmin，空冷后得到Ag-Cu-1n-Sn 合金；
[0049]四、在真空非自耗電弧熔爐中加入步驟二得到的Ag-Cu中間合金B(yǎng)和l%Ti，然后將真空腔內(nèi)抽真空至絕對(duì)壓力為4X10_3Pa，再充入高純的氬氣至真空腔相對(duì)壓力為-0.03MPa，在熔煉溫度為1750°C的條件下熔煉lOmin，空冷后得到Ag-Cu-Ti中間合金；
[0050]五、在真空非自耗電弧熔爐中加入步驟三得到的Ag-Cu-1n-Sn合金和步驟四得到的Ag-Cu-Ti中間合金，然后將真空腔內(nèi)抽真空至絕對(duì)壓力為4X10_3Pa，再充入高純的氬氣至真空腔相對(duì)壓力為-0.03MPa，在熔煉溫度為1750°C的條件下熔煉lOmin，空冷后得到混合均勻的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金球；
[0051]六、采用砂輪對(duì)混合均勻的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金球進(jìn)行打磨，去掉Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金球表面的氧化層，然后用機(jī)械法將打磨后的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金球破碎成尺寸小于30mm的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金塊；
[0052]七、對(duì)內(nèi)徑為30mm的石英試管的底部開(kāi)縫，縫寬0.4臟，然后將尺寸小于30mm的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金塊放入底部開(kāi)縫的石英管中，得到裝有Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金碎塊的
石英管；
[0053]八、將裝有Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金碎塊的石英管放入甩帶機(jī)的加熱感應(yīng)線圈中，然后將甩帶機(jī)內(nèi)腔抽真空至絕對(duì)壓力為4 X 10?,再充入高純的氬氣至甩帶機(jī)內(nèi)腔相對(duì)壓力為-0.05MPa ；
[0054]九、甩帶機(jī)的加熱感應(yīng)線圈通電，當(dāng)石英管內(nèi)的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金碎塊被加熱到熔融狀態(tài)時(shí)，打開(kāi)甩帶機(jī)的儲(chǔ)氣罐，以相對(duì)壓力為-0.03MPa下向石英管通入氬氣，利用氬氣將熔融狀態(tài)的釬料從石英管底部縫隙吹出，濺射到轉(zhuǎn)速為30m/s的銅滾輪上，甩出厚度為50 μ m的薄帶，冷卻后可得到銀基釬料。其他與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0055]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法是按以下步驟進(jìn)行的:
[0056]一、將碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin~15min，用蒸餾水水洗3~5次后吹干，再用砂紙對(duì)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾 水中超聲處理IOmin~15min，然后用蒸餾水水洗3~5次后吹干，即得到處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；
[0057]二、將可伐合金在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin~15min,用蒸懼水水洗3~5次后吹干，再用砂紙對(duì)可伐合金的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理IOmin~15min，然后用蒸餾水水洗3~5次后吹干，即得到處理后的可伐合金；
[0058]三、將步驟一處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在濃度為7%的NaOH溶液中放置20s~30s，然后用蒸餾水水洗3~5次，再用濃度為5%的HNO3溶液進(jìn)行酸洗15s~25s，最后用蒸餾水水洗3~5次后吹干，即得到清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；
[0059]四、在處理后的可伐合金的待焊表面上設(shè)置銀基釬料，然后在銀基釬料上設(shè)置清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，用石墨夾具夾好，即得到待焊件；
[0060]五、將步驟四得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在真空度為3X10_3Pa、焊接溫度為590°C的條件下保溫lOmin，隨爐冷卻，即完成高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料與可伐合金的焊接；
[0061]步驟一中所述碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的基體為A356鋁合金；其固相線溫度為577°C，液相線溫度為624°C ；
[0062]步驟四中所述銀基釬料為Ag57.6-Cu22.4-1nlO-SnlO合金釬料；
[0063]步驟四中所述的石墨夾具是在室溫條件下，在酒精中超聲處理2min~5min，然后在丙麗中超聲處理2min~5min。
[0064]本實(shí)施方式采用焊接溫度高于碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固相線，位于碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液相線之間，不需要在碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料表面鍍覆金屬層，也不需要焊接時(shí)使用釬劑，并可以獲得高的接頭強(qiáng)度。碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由于其制備工藝的特殊性，剛度大，可以在高于碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固相線的溫度下保持一定的形狀不變形，這樣利用其矛盾的特殊性在較高的溫度下施焊，不但提高了原子的擴(kuò)散能力，而且碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中有一定量的液相存在，有利于釬料的潤(rùn)濕鋪展和冶金反應(yīng)的充分進(jìn)行。
[0065]本實(shí)施方式采用自制銀基釬料不僅提高接頭質(zhì)量，而且擴(kuò)大了釬料對(duì)母材的適用范圍。
[0066]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】六不同的是:步驟一在丙酮中超聲處理12min，用蒸餾水水洗4次后吹干，再用砂紙對(duì)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理12min，然后用蒸餾水水洗4次后吹干，即得到處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。其他與【具體實(shí)施方式】六相同。
[0067]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】六或七不同的是:步驟二在丙酮中超聲處理12min，用蒸餾水水洗4次后吹干，再用砂紙對(duì)可伐合金的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理12min，然后用蒸餾水水洗4次后吹干，即得到處理后的可伐合金。其他與【具體實(shí)施方式】六或七相同。
[0068]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】六至八不同的是:步驟三在濃度為7%的NaOH溶液中放置25s，然后用蒸餾水水洗4次，再用濃度為5%的HNO3溶液進(jìn)行酸洗20s，最后用蒸餾水水洗4次后吹干，即得到清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。其他與【具體實(shí)施方式】六至八相同。
[0069]采用下述試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果:
[0070]試驗(yàn)一:一、將碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理15min，用蒸餾水水洗4次后吹干，再用砂紙對(duì)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理15min，然后用蒸餾水水洗4次后吹干，即得到處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；
[0071]二、將可伐合金在室溫條件下，在丙酮中超聲處理15min，用蒸餾水水洗4次后吹干，再用砂紙對(duì)可伐合金的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理15min，然后用蒸餾水水洗4次后吹干，即得到處理后的可伐合金；
[0072]三、將步驟一處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在濃度為7%的NaOH溶液中放置30s,然后用蒸懼水水洗4次,再用濃度為5%的HNO3溶液進(jìn)行酸洗20s,最后用蒸懼水水洗4次后吹干，即得到清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；
[0073]四、在處理后的可伐合金的待焊表面上設(shè)置銀基釬料，然后在銀基釬料上設(shè)置清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，用石墨夾具夾好，即得到待焊件；
[0074]五、將步驟四得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在真空度為3X10_3Pa、焊接溫度為585°C的條件下保溫30min，隨爐冷卻，即完成高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料與可伐合金的焊接；
[0075]步驟一中所述碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的基體為6063鋁合金；其固相線溫度為563°C，液相線溫度為654°C ；
[0076]步驟四中所述銀基釬料為Ag47-Cul8-1nl7-Snl7-Til合金釬料；
[0077]步驟四中所述的石墨夾具是在室溫條件下，在酒精中超聲處理5min，然后在丙酮中超聲處理5min。[0078]試驗(yàn)二:一、將碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理15min，用蒸餾水水洗4次后吹干，再用砂紙對(duì)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理15min，然后用蒸餾水水洗4次后吹干，即得到處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；
[0079]二、將可伐合金在室溫條件下，在丙酮中超聲處理15min，用蒸餾水水洗4次后吹干，再用砂紙對(duì)可伐合金的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理15min，然后用蒸餾水水洗4次后吹干，即得到處理后的可伐合金；
[0080]三、將步驟一處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在濃度為7%的NaOH溶液中放置30s,然后用蒸懼水水洗4次,再用濃度為5%的HNO3溶液進(jìn)行酸洗25s,最后用蒸懼水水洗4次后吹干，即得到清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；
[0081]四、在處理后的可伐合金的待焊表面上設(shè)置銀基釬料，然后在銀基釬料上設(shè)置清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，用石墨夾具夾好，即得到待焊件；
[0082]五、將步驟四得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在真空度為3X10_3Pa、焊接溫度為590°C的條件下保溫lOmin，隨爐冷卻，即完成高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料與可伐合金的焊接；
[0083]步驟一中所述碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的基體為A356鋁合金；其固相線溫度為577°C，液相線溫度為624°C ；
[0084]步驟四中所述銀基釬料為Ag57.6-Cu22.4-1nlO-SnlO合金釬料；
[0085]步驟四中所述的 石墨夾具是在室溫條件下，在酒精中超聲處理5min，然后在丙酮中超聲處理5min。
[0086]圖1為試驗(yàn)一焊接后焊縫的200倍掃描電鏡圖、圖2為試驗(yàn)一焊接后焊縫的500倍掃描電鏡圖，如圖1、圖2所示，對(duì)焊縫的高倍金相觀察表明，釬料與母材結(jié)合緊密，釬料對(duì)復(fù)合材料中裸露的SiC顆粒(黑色塊狀物)潤(rùn)濕良好，同時(shí)與鋁合金基體結(jié)合良好。
[0087]圖3為試驗(yàn)一焊接后接頭背散射成像圖，圖4為試驗(yàn)一焊接后接頭掃描能譜分析圖；如圖3、圖4所示，根據(jù)背散射的原理，原子序數(shù)越高的原子越亮。圖中白線部位的線掃描分布表明，焊縫中靠近可伐合金處(左側(cè))含有大原子序數(shù)的Fe、Co、Ni，這就說(shuō)明在585°C保溫30分鐘的工藝下，釬料溶解了一部分的可伐合金，使得Fe、Co、Ni元素向著焊縫中擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，證明了在此高溫下釬料不但對(duì)復(fù)合材料而且對(duì)可伐合金的潤(rùn)濕性及其冶金結(jié)合反應(yīng)能力都明顯增強(qiáng)。
[0088]密封性檢測(cè)結(jié)果對(duì)比:采用成分為Ag47-Cul8-1nl7-Snl7-Til合金釬料，在固相線以上溫度(580°C)下焊接，焊縫漏氣率為I X KTuiPa ^mVs ;在固相線以下溫度(550°C )下焊接，焊縫漏氣率為IX 10_6Pa.πι3Λ。采用成分為Ag57.6_Cu22.4-1nlO-SnlO銀基釬料，固相線以上溫度(585°C )下焊接，焊縫漏氣率為I X KT9Pa.m3/s ;在固相線以下溫度(540°C )下焊接，焊縫漏氣率為lX10_5Pa.m3/s。
【權(quán)利要求】
1.一種高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法，其特征在于高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法是按以下步驟進(jìn)行的: 一、將碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin~15min，用蒸餾水水洗3~5次后吹干，再用砂紙對(duì)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理IOmin~15min，然后用蒸餾水水洗3~5次后吹干，即得到處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料； 二、將可伐合金在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin~15min,用蒸懼水水洗3~5次后吹干，再用砂紙對(duì)可伐合金的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理IOmin~15min，然后用蒸餾水水洗3~5次后吹干，即得到處理后的可伐合金； 三、將步驟一處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在濃度為7%的NaOH溶液中放置20s~30s,然后用蒸懼水水洗3~5次,再用濃度為5%的HNO3溶液進(jìn)行酸洗15s~25s,最后用蒸餾水水洗3~5次后吹干，即得到清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料； 四、在處理后的可伐合金的待焊表面上設(shè)置銀基釬料，然后在銀基釬料上設(shè)置清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，用石墨夾具夾好，即得到待焊件； 五、將步驟四得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在真空度為3X10_3Pa、焊接溫度為585°C的條件下保溫30min，隨爐冷卻，即完成高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料與可伐合金的焊接； 步驟一中所述碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的基體為6063鋁合金；其固相線溫度為563°C，液相線溫度為654°C ； 步驟四中所述銀基釬料為Ag47-Cul8-1nl7-Snl7-Til合金釬料； 步驟四中所述的石墨夾具是在室溫條件下，在酒精中超聲處理2min~5min，然后在丙麗中超聲處理2min~5min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法，其特征在于步驟一在丙酮中超聲處理12min，用蒸餾水水洗4次后吹干，再用砂紙對(duì)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理12min，然后用蒸餾水水洗4次后吹干，即得到處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法，其特征在于步驟二在丙酮中超聲處理12min，用蒸餾水水洗4次后吹干，再用砂紙對(duì)可伐合金的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理12min，然后用蒸餾水水洗4次后吹干，即得到處理后的可伐合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法，其特征在于步驟三在濃度為7%的NaOH溶液中放置25s，然后用蒸餾水水洗4次，再用濃度為5%的HNO3溶液進(jìn)行酸洗20s，最后用蒸餾水水洗4次后吹干，即得到清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法，其特征在于步驟四中所述銀基釬料的制備方法是按以下步驟進(jìn)行的: 一、按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)47%Ag、18%Cu、17%In、17%Sn和l%Ti稱取原料； 二、將步驟一稱取的47%Ag和18%Cu放在高頻感應(yīng)真空熔煉爐中，在真空度為IPa，熔煉溫度為1350°C的條件下熔煉20min，空冷后得到Ag-Cu中間合金，將Ag-Cu中間合金分成兩半，得到Ag-Cu中間合金A和Ag-Cu中間合金B(yǎng),且所述的Ag-Cu中間合金A與Ag-Cu中間合金B(yǎng)的質(zhì)量比為1:1 ; 三、在高頻感應(yīng)真空熔煉爐中加入步驟二得到的Ag - Cu中間合金A、步驟一稱取的.17%In和17%Sn，在真空度為IPa，熔煉溫度為850 °C的條件下熔煉lOmin，空冷后得到Ag-Cu-1n-Sn 合金； 四、在真空非自耗電弧熔爐中加入步驟二得到的Ag-Cu中間合金B(yǎng)和l%Ti，然后將真空腔內(nèi)抽真空至絕對(duì)壓力為4 X 10_3Pa，再充入高純的氬氣至真空腔相對(duì)壓力為-0.03MPa，在熔煉溫度為1750°C的條件下熔煉lOmin，空冷后得到Ag-Cu-Ti中間合金； 五、在真空非自耗電弧熔爐中加入步驟三得到的Ag-Cu-1n-Sn合金和步驟四得到的Ag-Cu-Ti中間合金，然后將真空腔內(nèi)抽真空至絕對(duì)壓力為4X10_3Pa，再充入高純的氬氣至真空腔相對(duì)壓力為-0.03MPa，在熔煉溫度為1750°C的條件下熔煉lOmin，空冷后得到混合均勻的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金球； 六、采用砂輪對(duì)混合均勻的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金球進(jìn)行打磨，去掉Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金球表面的氧化層，然后用機(jī)械法將打磨后的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金球破碎成尺寸小于.30mm 的 Ag-Cu-1n-Sn-Ti 合金塊； 七、對(duì)內(nèi)徑為30mm的石英試管的底部開(kāi)縫，縫寬0.4mm,然后將尺寸小于30mm的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金塊放入底部開(kāi)縫的石英管中，得到裝有Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金碎塊的石英管； 八、將裝有Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金碎塊的石英管放入甩帶機(jī)的加熱感應(yīng)線圈中，然后將甩帶機(jī)內(nèi)腔抽真空至絕對(duì)壓力為4X10_3Pa，再充入高純的氬氣至甩帶機(jī)內(nèi)腔相對(duì)壓力為-0.05MPa ； 九、甩帶機(jī)的加熱感應(yīng)線圈通電，當(dāng)石英管內(nèi)的Ag-Cu-1n-Sn-Ti合金碎塊被加熱到熔融狀態(tài)時(shí)，打開(kāi)甩帶機(jī)的儲(chǔ)氣罐，以相對(duì)壓力為-0.03MPa下向石英管通入氬氣，利用氬氣將熔融狀態(tài)的釬料從石英管底部縫隙吹出，濺射到轉(zhuǎn)速為30m/s的銅滾輪上，甩出厚度為.50 μ m的薄帶，冷卻后可得到銀基釬料。
6.如權(quán)利要求1所述的一種高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法，其特征在于高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法是按以下步驟進(jìn)行的: 一、將碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理1Omin~.15min，用蒸餾水水洗3~5次后吹干，再用砂紙對(duì)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理1Omin~15min，然后用蒸餾水水洗3~5次后吹干，即得到處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料； 二、將可伐合金在室溫條件下，在丙酮中超聲處理1Omin~15min,用蒸懼水水洗3~.5次后吹干，再用砂紙對(duì)可伐合金的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理IOmin~.15min，然后用蒸餾水水洗3~5次后吹干，即得到處理后的可伐合金； 三、將步驟一處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在濃度為7%的NaOH溶液中放置.20s~30s,然后用蒸懼水水洗3~5次,再用濃度為5%的HNO3溶液進(jìn)行酸洗15s~25s,最后用蒸餾水水洗3~5次后吹干，即得到清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料； 四、在處理后的可伐合金的待焊表面上設(shè)置銀基釬料，然后在銀基釬料上設(shè)置清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，用石墨夾具夾好，即得到待焊件； 五、將步驟四得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在真空度為3X10_3Pa、焊接溫度為590°C的條件下保溫lOmin，隨爐冷卻，即完成高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料與可伐合金的焊接； 步驟一中所述碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的基體為A356鋁合金；其固相線溫度為577°C，液相線溫度為624°C ； 步驟四中所述銀基釬料為Ag57.6-Cu22.4-1nlO-SnlO合金釬料； 步驟四中所述的石墨夾具是在室溫條件下，在酒精中超聲處理2min~5min，然后在丙麗中超聲處理2min~5min。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法，其特征在于步驟一在丙酮中超聲處理12min，用蒸餾水水洗4次后吹干，再用砂紙對(duì)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理12min，然后用蒸餾水水洗4次后吹干，即得到處理后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法，其特征在于步驟二在丙酮中超聲處理12min，用蒸餾水水洗4次后吹干，再用砂紙對(duì)可伐合金的表面進(jìn)行打磨處理，最后在蒸餾水中超聲處理12min，然后用蒸餾水水洗4次后吹干，即 得到處理后的可伐合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料固液兩相區(qū)釬焊方法，其特征在于步驟三在濃度為7%的NaOH溶液中放置25s，然后用蒸餾水水洗4次，再用濃度為5%的HNO3溶液進(jìn)行酸洗20s，最后用蒸餾水水洗4次后吹干，即得到清洗后的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】B23K1/19GK103801783SQ201410079375
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】牛濟(jì)泰 申請(qǐng)人:牛濟(jì)泰