一種氧化鋁陶瓷低溫釬焊連接方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種氧化鋁陶瓷低溫釬焊連接的方法。
【背景技術】
[0002]氧化鋁陶瓷由于具有高熔點、極佳的化學穩定性、高硬度和高強度等一系列優異的性能，廣泛應用于機械、電子、化工、醫學、航空航天和珠寶加工等行業。目前，連接氧化鋁陶瓷的方法主要有擴散焊、釬焊等，其中釬焊是研究最多、應用最廣的一種連接方法。
[0003]釬焊氧化鋁陶瓷的傳統方法是采用如AgCuT1、CuTi等活性釬料來實現氧化鋁的連接。然而使用活性釬料連接溫度較高，釬焊一般高于800°C，氧化鋁的變形較大，從而導致釬焊接頭中殘余內應力較大，降低連接強度，不利于可靠接頭的獲得。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是要解決現有釬焊氧化鋁陶瓷的焊接溫度較高，獲得的接頭連接強度較低的問題，而提供一種氧化鋁陶瓷低溫釬焊連接方法。
[0005]本發明氧化鋁陶瓷低溫釬焊連接方法按以下步驟進行:
[0006]—、按質量百分比將60%?85%的Bi203、10%?30%的Β2θ3、2%?10%的ZnO和
0.1 %?1.0 %的Si02混合，得到低熔點鉍酸鹽玻璃粉；
[0007]二、使用切割機將待焊氧化鋁陶瓷切割成型，先用金剛石砂盤對待焊氧化鋁陶瓷進行機械打磨，再置于丙酮中超聲清洗5?15分鐘，最后使用無水乙醇超聲清洗，烘干后得到預處理氧化鋁陶瓷；
[0008]三、將步驟二得到的預處理氧化鋁陶瓷的連接面上均勻鋪上一層三氧化二硼粉末，然后置于馬弗爐中，以5?20°C/min的升溫速度加熱到800?950°C，保溫2h?4h后隨爐冷卻，得到生長有硼酸鋁晶須的氧化鋁陶瓷；
[0009]四、將步驟一得到的低熔點鉍酸鹽玻璃粉與粘結劑混合，使用攪拌器攪拌30?180min，得到玻璃焊膏，然后采用絲網印刷將玻璃焊膏涂覆到生長有硼酸鋁晶須的氧化鋁陶瓷的表面，得到待焊氧化鋁陶瓷件；
[0010]五、將兩塊待焊氧化鋁陶瓷件的涂覆有玻璃焊膏的表面接觸對齊，卡具固定后得到待焊的連接件；
[0011]六、將步驟五得到的待焊的連接件放入馬弗爐中，施加0.5?3MPa壓力，以1?10°C/min的加熱速率加熱至300°C，在300°C下保溫10?60min，隨后以5?20°C/min的加熱速率加熱至480?650°C，保溫10?60min，然后隨爐冷卻，完成氧化鋁陶瓷的低溫釬焊連接。
[0012]本發明所述的氧化鋁陶瓷低溫釬焊連接方法包含以下有益效果:
[0013]1、本發明實現了在較低溫度(480°C?650°C)下對氧化鋁陶瓷的連接，所采用的玻璃釬料軟化溫度低(Tf<500°C)，熱膨脹系數(α = 7.8?δ.δΧΙΟ?—1)與氧化鋁陶瓷相匹配，因此能夠有效的降低釬焊接頭的殘余內應力；
[0014]2、采用本發明氧化鋁陶瓷低溫釬焊連接方法得到的焊接接頭的剪切強度可達到60?lOOMPa，保證了氧化招連接的可靠性；
[0015]2.本發明方法工藝簡單，無需真空設備和表面處理，可在大氣環境下實現對氧化鋁陶瓷的有效連接，從而降低了成本，適合產業化生產，具有極好的工業應用前景。
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例一得到的氧化鋁陶瓷/鉍酸鹽玻璃/氧化鋁陶瓷的釬焊接頭SEM形貌圖。
【具體實施方式】
[0017]【具體實施方式】一:本實施方式氧化鋁陶瓷低溫釬焊連接方法按以下步驟進行:
[0018]—、按質量百分比將60%?85%的Bi203、10%?30%的B203、2%?10%的ZnO和
0.1 %?1.0 %的Si02混合，得到低熔點鉍酸鹽玻璃粉；
[0019]二、使用切割機將待焊氧化鋁陶瓷切割成型，先用金剛石砂盤對待焊氧化鋁陶瓷進行機械打磨，再置于丙酮中超聲清洗5?15分鐘，最后使用無水乙醇超聲清洗，烘干后得到預處理氧化鋁陶瓷；
[0020]三、將步驟二得到的預處理氧化鋁陶瓷的連接面上均勻鋪上一層三氧化二硼粉末，然后置于馬弗爐中，以5?20°C/min的升溫速度加熱到800?950°C，保溫2h?4h后隨爐冷卻，得到生長有硼酸鋁晶須的氧化鋁陶瓷；
[0021]四、將步驟一得到的低熔點鉍酸鹽玻璃粉與粘結劑混合，使用攪拌器攪拌30?180min，得到玻璃焊膏，然后采用絲網印刷將玻璃焊膏涂覆到生長有硼酸鋁晶須的氧化鋁陶瓷的表面，得到待焊氧化鋁陶瓷件；
[0022]五、將兩塊待焊氧化鋁陶瓷件的涂覆有玻璃焊膏的表面接觸對齊，卡具固定后得到待焊的連接件；
[0023]六、將步驟五得到的待焊的連接件放入馬弗爐中，施加0.5?3MPa壓力，以1?10°C/min的加熱速率加熱至300°C，在300°C下保溫10?60min，隨后以5?20°C/min的加熱速率加熱至480?650°C，保溫10?60min，然后隨爐冷卻，完成氧化鋁陶瓷的低溫釬焊連接。
[0024]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是步驟一按質量百分比將75% ?80%的Bi203、10% ?15%的B203、6% ?9%的Ζη0，0.1%?1.0%的Si02 混合。其它步驟及參數與【具體實施方式】一相同。
[0025]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是步驟二依次使用500#、1000#、1500#和2000#的金剛石砂盤對待焊氧化鋁陶瓷進行機械打磨。其它步驟及參數與【具體實施方式】一或二相同。
[0026]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是步驟三將預處理氧化鋁陶瓷的連接面上均勻鋪上三氧化二硼粉末，使三氧化二硼層的厚度為10?20μπι。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0027]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是步驟三以5?20°C/min的升溫速度加熱到850°C，保溫4h。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0028]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是步驟四所述的粘結劑為乙酸乙酯。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0029]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】六不同的是步驟四按照重量比為8?12:1將低熔點鉍酸鹽玻璃粉與粘結劑混合。其它步驟及參數與【具體實施方式】六相同。
[0030]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是步驟四采用絲網印刷將玻璃焊膏涂覆到生長有硼酸鋁晶須的氧化鋁陶瓷的表面，其中玻璃焊膏的涂覆厚度為50?500μπι。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至七之一相同。
[0031]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同的是步驟六以1?10°C/min的加熱速率加熱至300°C，在300°C下保溫lOmin，隨后以5?10°C/min的加熱速率加熱至650°C，在650°C下保溫lOmin。其它步驟及參數與【具體實施方式】一至八之一相同。
[0032]實施例一:本實施例氧化鋁陶瓷低溫釬焊連接方法按以下步驟進行:
[0033]一、按質量百分比將80%的Bi203、12%的B203、7.5%的ZnO和0.5%的Si02混合，得到低熔點鉍酸鹽玻璃粉；
[0034]二、使用金剛石內圓切割機將待焊氧化鋁陶瓷切割成8X8 X 3m3的塊體，依次用500#、1000#、1500#和2000#的金剛石砂盤對待焊氧化鋁陶瓷進行機械打磨，再置于丙酮中超聲清洗10分鐘，最后使用無水乙醇超聲清洗，烘干后得到預處理氧化鋁陶瓷；
[0035]三、將步驟二得到的預處理氧化鋁陶瓷的連接面上均勻鋪上20μπι厚的三氧化二硼層(粉末)，然后置于馬弗爐中，以10°C/min的升溫速度加熱到850°C，保溫4h后隨爐冷卻，得到生長有硼酸鋁晶須的氧化鋁陶瓷；
[0036]四、按照重量比為10:1將步驟一得到的低熔點鉍酸鹽玻璃粉與乙酸乙酯粘結劑混合，使用攪拌器攪拌60min，得到玻璃焊膏，然后采用絲網印刷將玻璃焊膏涂覆到生長有硼酸鋁晶須的氧化鋁陶瓷的表面，得到玻璃焊膏厚度為ΙΟΟμπι的待焊氧化鋁陶瓷件；
[0037]五、將兩塊待焊氧化鋁陶瓷件的涂覆有玻璃焊膏的表面接觸對齊，卡具固定后