一種可伐合金與陶瓷材料超聲釬焊方法
【專利摘要】本發明涉及一種可伐合金與陶瓷材料超聲釬焊方法，其包括以下幾個步驟：將待焊的可伐合金與陶瓷材料放入丙酮中超聲清洗5~10min；將可伐合金、陶瓷材料和釬料裝配成陶瓷/釬料/可伐合金三層結構；放置到加熱臺上，進行加熱加壓，其中加熱溫度為830~980℃，壓力為0.2~1MPa，當釬料熔化后啟動超聲振動，其中振動頻率為10~110kHz，振幅為1~10μm；加熱時間持續20~90s后停止加熱，待接頭釬縫層完全凝固后停止加壓與超聲振動，得到伐合金/陶瓷釬焊接頭。本發明在非真空不采用釬劑的條件下，實現了可伐合金與陶瓷材料的釬焊連接，同時使接頭組織得到細化，接頭殘余應力水平低，并有較好的密封性能。
【專利說明】
一種可伐合金與陶瓷材料超聲釬焊方法
技術領域
[0001]本發明屬于焊接技術領域，具體涉及一種可伐合金與陶瓷材料超聲釬焊方法。
【背景技術】
[0002]可伐合金，也稱鐵鎳鈷合金，具有較高的居里點以及良好的低溫組織穩定性，合金的氧化膜致密，容易焊接和熔接，有良好可塑性，可切削加工。然而，陶瓷材料固有的硬性和脆性使其難以加工制造，需要與金屬連接起來，實現與金屬性能上的互補，以期獲得兼具陶瓷和金屬各自優異性能的陶瓷-金屬復合構件。所以將可伐合金與陶瓷材料進行連接具有廣闊的應用前景，并且，可伐合金與陶瓷材料的封接構件多用于真空電子，電力電子等行業的器件中。
[0003]在陶瓷與金屬的連接技術中，釬焊連接研究最多，應用最廣。而在傳統釬焊連接過程中主要存在兩方面的問題，一方面是傳統釬焊過程需要在真空條件下進行，并且耗時較長，工藝復雜，生產成本較高;另一方面是傳統釬焊接頭中生成的脆性金屬間化合物會使接頭中的殘余應力增大，接頭性能降低。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術的不足，提供一種工藝簡單、合理，能夠有效細化接頭中生成的化合物，降低結構中的殘余應力的可伐合金與陶瓷材料超聲釬焊方法。
[0005]本發明解決上述問題采用的技術方案是:一種可伐合金與陶瓷材料超聲釬焊方法，其特征在于:其包括以下幾個步驟:
(一)材料清洗:將待焊的可伐合金與陶瓷材料放入丙酮中超聲清洗5?1min;
(二)組裝:將可伐合金、陶瓷材料和釬料裝配成陶瓷/釬料/可伐合金三層結構；
(三)超聲釬焊:將步驟二中的陶瓷/釬料/可伐合金三層結構放置到加熱臺上，進行加熱加壓，其中加熱溫度為830?980°C，壓力為0.2?IMPa，當釬料熔化后啟動超聲振動，其中振動頻率為10~110kHz，振幅為卜ΙΟμπι;加熱時間持續20?90s后停止加熱，待接頭釬縫層完全凝固后停止加壓與超聲振動，得到伐合金/陶瓷釬焊接頭，實現可伐合金與陶瓷材料的超聲釬焊。
[0006]所述的超聲振動在整個超聲釬焊過程中一直持續進行，有效的細化了釬焊接頭中生成的化合物，降低了接頭殘余應力。
[0007]本發明在大氣環境下獲得了微觀組織結構和力學性能倶佳的可伐合金/陶瓷連接接頭。
[0008]本發明所采用的超聲釬焊，在釬焊過程中，超聲在液態釬料中傳播時能產生空化作用和聲流作用，這將在液態釬料內部瞬時產生局部高溫、高壓，并產生沖擊波，進而破壞母材表面的氧化膜、促進原子擴散，從而改善母材與釬料的潤濕性，并且加速了釬料與母材之間的冶金反應，最終實現可伐合金與陶瓷材料的連接。對照現有技術，本發明的有益效果是:本發明超聲釬焊一方面克服了傳統釬焊需要在真空條件下連接兩種母材的苛刻條件。超聲釬焊過程時間短，可以在大氣環境中進行，工藝簡便，生產成本低。另一方面整個超聲釬焊過程中持續加入超聲作用，可以有效的細化接頭中生成的化合物，解決了傳統釬焊過程中殘余應力對可伐合金與陶瓷結構影響較大，甚至無法實現結構有效密封連接的問題。在可伐合金與陶瓷材料密封釬焊領域具有極大的應用前景。
【具體實施方式】
[0009]本發明技術方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】之間的任意組合。
[0010]實施例1:
一種可伐合金與陶瓷材料超聲釬焊方法，其包括以下幾個步驟:
(一)材料清洗:將待焊的可伐合金與AI2O3陶瓷放入丙酮中超聲清洗5min;
(二)組裝:將可伐合金、陶瓷和Cu-Sn-T1-Ni釬料裝配成Al2O3陶瓷/Cu-Sn-T1-Ni/可伐合金的““三明治””三層結構；
(三)超聲釬焊:將步驟二中的陶瓷/釬料/可伐合金三層結構放置到加熱臺上，進行加熱加壓使釬料熔化，其中加熱溫度為8300C，壓力為IMPa，當釬料熔化后啟動超聲振動，其中振動頻率為30kHz，振幅為6μπι;加熱時間持續30s后停止加熱，待接頭釬縫層完全凝固后停止加壓與超聲振動，得到伐合金/陶瓷釬焊接頭，實現可伐合金與陶瓷材料的超聲釬焊。
[0011]采用本實施例方式獲得的接頭完整致密，無裂紋等缺陷，實現了可伐合金與Al2O3陶瓷的可靠封接。經測試，可伐合金與Al2O3陶瓷的超聲釬焊封接接頭達到了應用要求。
[0012]實施例2:
一種可伐合金與陶瓷材料超聲釬焊方法，其包括以下幾個步驟:
(一)材料清洗:將待焊的可伐合金與Zr02陶瓷放入丙酮中超聲清洗8min；
(二)組裝:將可伐合金、陶瓷和AgCuTi釬料裝配成ZrO2陶瓷/AgCuTi/可伐合金的“三明治”結構，并放置到加熱臺上；
(三)超聲釬焊:將步驟二中的陶瓷/釬料/可伐合金三層結構放置到加熱臺上，進行加熱加壓使釬料熔化，其中加熱溫度為980 0C，壓力為0.2MPa，超聲釬焊中加壓一直持續至釬焊結束；當釬料熔化后啟動超聲振動，其中振動頻率為20kHz，振幅為ΙΟμπι;超聲振動一直持續至釬料完全凝固。加熱時間持續90s后停止加熱，待接頭釬縫層完全凝固后停止加壓與超聲振動，得到伐合金/陶瓷釬焊接頭，實現可伐合金與陶瓷材料的超聲釬焊。
[0013]采用本實施例方式獲得的接頭完整致密，無裂紋等缺陷，實現了可伐合金與ZrO2陶瓷的可靠封接。經測試，可伐合金與ZrO2陶瓷的超聲釬焊封接接頭達到了應用要求。
[0014]實施例3:
一種可伐合金與陶瓷材料超聲釬焊方法，其包括以下幾個步驟:
(一)材料清洗:將待焊的可伐合金與AlN陶瓷放入丙酮中超聲清洗IOmin;
(二)組裝:將可伐合金、AlN陶瓷和Ag-Ti釬料裝配成陶瓷/Ag-Ti/可伐合金的“三明治”結構，并放置到加熱臺上；
(三)超聲釬焊:將步驟二中的陶瓷/釬料/可伐合金三層結構放置到加熱臺上，進行加熱加壓使釬料熔化，其中加熱溫度為940°C，壓力為0.8MPa，當釬料熔化后啟動超聲振動，其中振動頻率為50kHz，振幅為Ιμπι ；加熱時間持續60s后停止加熱，待接頭釬縫層完全凝固后停止加壓與超聲振動，得到伐合金/陶瓷釬焊接頭，實現可伐合金與陶瓷材料的超聲釬焊。
[0015]采用本實施例方式獲得的接頭完整致密，無裂紋等缺陷，實現了可伐合金與AlN陶瓷的可靠封接。經測試，可伐合金與AlN陶瓷的超聲釬焊封接接頭達到了應用要求。
【主權項】
1.一種可伐合金與陶瓷材料超聲釬焊方法，其特征在于:其包括以下幾個步驟: (一)材料清洗:將待焊的可伐合金與陶瓷材料放入丙酮中超聲清洗5?1min; (二)組裝:將可伐合金、陶瓷材料和釬料裝配成陶瓷/釬料/可伐合金三層結構； (三)超聲釬焊:將步驟二中的陶瓷/釬料/可伐合金三層結構放置到加熱臺上，進行加熱加壓，其中加熱溫度為830?980°C，壓力為0.2?IMPa，當釬料熔化后啟動超聲振動，其中振動頻率為10?IlOkHz，振幅為I?ΙΟμπι;加熱時間持續20?90s后停止加熱，待接頭釬縫層完全凝固后停止加壓與超聲振動，得到伐合金/陶瓷釬焊接頭，實現可伐合金與陶瓷材料的超聲釬焊。2.根據權利要求1所述的可伐合金與陶瓷材料超聲釬焊方法，其特征在于:所述步驟(三)中超聲釬焊中加熱溫度為9800C，施加壓力為0.2MPa，超聲釬焊中加壓一直持續至釬焊結束;加熱時間持續90s，當釬料熔化后啟動超聲振動，其中振動頻率為20kHz，振幅為ΙΟμπι，超聲振動一直持續至釬料完全凝固。
【文檔編號】B23K1/20GK105921839SQ201610393351
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月6日
【發明人】趙洪運, 劉積厚, 李卓霖, 劉多, 宋曉國, 董紅杰, 牛紅偉, 趙璇, 趙一璇
【申請人】哈爾濱工業大學（威海）