陶瓷与金属的钎焊方法技术

本发明专利技术提供了一种陶瓷与金属的钎焊方法，包括：准备待焊陶瓷和待焊金属，并且对待焊陶瓷进行表面处理，以使待焊陶瓷的表面形成为光滑表面；在待焊陶瓷的表面进行金属化处理，形成与待焊陶瓷结合的中间金属层，待焊陶瓷的热膨胀系数与中间金属层的热膨胀系数匹配；将待焊陶瓷、金属钎料与待焊金属依次叠放并进行钎焊。在本公开中，钎料能够很好的浸润表面经过金属化处理的待焊陶瓷，并且中间金属层能够使陶瓷与金属的钎焊界面热膨胀系数呈现梯度过渡，减小界面间由于材料不同导致的热膨胀系数差异，进而减小接头热应力，提高性能。

Brazing Method of Ceramics and Metals

The invention provides a brazing method for ceramics and metals, including: preparing ceramics and metals to be welded, and surface treatment of ceramics to be welded so as to form a smooth surface; metallizing the surface of ceramics to be welded, forming an intermediate metal layer combined with ceramics to be welded, thermal expansion coefficient of ceramics to be welded and thermal expansion of the intermediate metal layer. The expansion coefficient is matched; the ceramics to be welded, the metal filler metal and the metal to be welded are stacked and brazed in turn. In the present disclosure, the solder can well wet the surface of the ceramics to be welded after metallization treatment, and the intermediate metal layer can make the thermal expansion coefficient of the brazing interface between ceramics and metals present gradient transition, reduce the difference of thermal expansion coefficient caused by different materials between the interfaces, thereby reducing the thermal stress of the joints and improving the performance.

【技术实现步骤摘要】
陶瓷与金属的钎焊方法
本专利技术特别涉及一种陶瓷与金属的钎焊方法。
技术介绍
陶瓷作为高温结构材料因其具有良好的生物相容性、耐热、耐腐蚀和电气绝缘性能等而被广泛用于各个领域。不过在实际应用中，为了解决陶瓷本身硬度过大造成的加工性差的问题，需要将陶瓷和金属通过一定方法连接起来形成金属-陶瓷复合结构件。目前，连接陶瓷和金属材料最常用的方法是钎焊。钎焊具有热影响区小、形成的接头可靠等优点，非常适合用于异种材料之间的连接。但是由于陶瓷自身的润湿性很差，使得陶瓷与金属材料之间难以形成良好的连接。而且陶瓷与金属彼此的热膨胀系数差异较大，会导致接头中热应力过大，影响接头的强度和气密性等性能。
技术实现思路
本专利技术有鉴于上述现有技术的状况而完成，其目的在于提供一种能够减小界面间因材料不同导致的热膨胀系数差异，减小接头热应力并且提高气密性能的陶瓷与金属的钎焊方法。为此，本公开提供了一种陶瓷与金属的钎焊方法，包括：准备待焊陶瓷和待焊金属，并且对所述待焊陶瓷进行表面处理，以使待焊陶瓷的表面形成为光滑表面；在所述待焊陶瓷的表面进行金属化处理，形成与所述待焊陶瓷结合的中间金属层，所述待焊陶瓷的热膨胀系数与所述中间金属层的热膨胀系数匹配；并且将所述待焊陶瓷、金属钎料与所述待焊金属依次叠放并进行钎焊。在本公开中，陶瓷与金属的钎焊方法包括了对待焊陶瓷进行表面处理，并且待焊陶瓷的表面经过金属化处理，形成具有匹配热膨胀系数的中间金属层，在这种情况下，钎料能够很好的浸润表面经过金属化处理的待焊陶瓷，并且中间金属层能够使陶瓷与金属的钎焊界面热膨胀系数呈现梯度过渡，从而能够减小界面间因材料不同导致的热膨胀系数差异，减小接头热应力并且提高气密性能。此外，在钎焊时还可以通过选用适宜的钎焊温度和保温时间可以改善界面间脆性相的产生和分布，增加强度、减小热应力和母材的热变形，消除焊缝中的裂纹，进一步提升陶瓷与金属的钎焊界面的气密性和强度。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，所述待焊陶瓷的表面的粗糙度可以小于0.05μm。在这种情况下，能够使待焊陶瓷的表面光滑且平整，有利于后续陶瓷与金属之间的钎焊。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，所述金属化处理的方法可以为溅射、蒸镀、PVD、CVD、镀覆、高温烧结。由此，能够在待焊陶瓷表面上形成紧密结合的中间金属层。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，所述中间金属层可以选自Nb、Au、Ti及它们的合金中的至少一种。由此，能够使金属钎料很好地润湿表面具有中间金属层的待焊陶瓷。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，所述金属钎料可以选自Au、Ag、Ti、Nb及它们的合金中的至少一种。在这种情况下，能够改善钎料对待焊陶瓷与待焊金属的润湿性。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，所述金属钎料可以为薄片状。在这种情况下，金属钎料能够更好地浸润待焊材料。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，可选地，在进行钎焊前，对所述待焊金属进行表面处理。在这种情况下，能够增加待焊金属的润湿性。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，可选地，使用砂纸逐级打磨来对所述待焊金属进行表面处理。由此，能够更好地将待焊金属的表面打磨成合适的粗糙度。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，可选地，在所述钎焊中，以1℃/min至50℃/min的加热速率升温至1060℃至1150℃，保温1min至30min，然后以2℃/min至20℃/min的降温速率降温至200℃至400℃，然后随炉冷却至150℃以下。在这种情况下，能够改善界面间脆性相的产生和分布，增加强度、减小热应力和母材的热变形，消除焊缝中的裂纹，提升陶瓷与金属的钎焊界面的气密性和强度。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，所述待焊陶瓷可以由选自氧化铝、氧化锆、氧化硅、碳素材料、氮化硅、碳化硅、氧化钛、硅铝酸盐或钙铝系中的至少一种构成。在这种情况下，能够获得具有生物兼容性的待焊陶瓷。根据本公开，能够提供一种能够减小界面间因材料不同导致的热膨胀系数差异，减小接头热应力并且提高气密性能的陶瓷与金属的钎焊方法。附图说明图1示出了本专利技术的实施方式所涉及的陶瓷与金属的钎焊方法的流程示意图。图2示出了本专利技术的实施方式所涉及的治具的立体图。图3示出了图2所示的治具沿着线A-A'的截面图。图4示出了本专利技术的实施方式所涉及的装配有待焊件的治具的截面图。图5示出了本专利技术的实施方式所涉及的待焊件的装配结构图。具体实施方式以下，参考附图，详细地说明本公开的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。图1示出了本专利技术的实施方式所涉及的陶瓷与金属的钎焊方法的流程示意图。本实施方式所涉及的陶瓷与金属的钎焊方法包括：准备待焊陶瓷31和待焊金属33，并且对待焊陶瓷31进行表面处理，以使待焊陶瓷31的表面形成为光滑表面(步骤S10)；在待焊陶瓷31的表面进行金属化处理，形成与待焊陶瓷31结合的中间金属层，待焊陶瓷31的热膨胀系数与中间金属层的热膨胀系数匹配(步骤S20)；将待焊陶瓷31、金属钎料32与待焊金属33依次叠放并进行钎焊(步骤S30)。在本实施方式中，待焊件30可以包括待焊陶瓷31、金属钎料32和待焊金属33。待焊件30的形状没有特别限制，在一些示例中，待焊件30可以为圆柱状。在本实施方式所涉及的陶瓷与金属的钎焊方法中，陶瓷与金属的钎焊方法包括了对待焊陶瓷31进行表面处理，并且待焊陶瓷31的表面经过金属化处理，形成具有匹配热膨胀系数的中间金属层，在这种情况下，钎料能够很好的浸润表面经过金属化处理的待焊陶瓷31，并且中间金属层能够使陶瓷与金属的钎焊界面热膨胀系数呈现梯度过渡，从而能够减小界面间因材料不同导致的热膨胀系数差异，减小接头热应力并且提高气密性能。此外，在本实施方式所涉及的钎焊方法中，在钎焊时还可以通过选用适宜的钎焊温度和保温时间可以改善界面间脆性相的产生和分布，增加强度、减小热应力和母材的热变形，消除焊缝中的裂纹，提升陶瓷与金属的钎焊界面的气密性和强度。在本实施方式中，在步骤S10中，可以对待焊陶瓷31的表面进行研磨及抛光处理至表面粗糙度小于0.05μm。在这种情况下，待焊陶瓷31的表面光滑且平整，有利于后续陶瓷与金属之间的钎焊。在一些示例中，待焊陶瓷31的表面的粗糙度可以为0.04μm、0.03μm、0.02μm、0.01μm等。另外，在本实施方式中，在步骤S10中，待焊陶瓷31可以由选自氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化硅(SiO2)、碳素材料(C)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氧化钛(TiO2)、硅铝酸盐(Na2O·Al2O3·SiO2)或钙铝系(CaO·Al2O3)中的至少一种构成。在这种情况下，能够获得具有生物兼容性的待焊陶瓷31。另外，在本实施方式中，待焊陶瓷31可以为氧化铝(Al2O3)陶瓷。在一些示例中，待焊陶瓷31优选由质量分数为96％以上的氧化铝(Al2O3)构成。更优选地，待焊陶瓷31由质量分数为99％以上的氧化铝(Al2O3)构成，最优选地，待焊陶瓷31由质量分数为99.99％以上的氧化铝(Al2O3)构成。一般而言，在待焊陶瓷31中，氧化铝(Al2O3)质量分数的增加，能够使其主晶相增多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷与金属的钎焊方法，其特征在于：包括：准备待焊陶瓷和待焊金属，并且对所述待焊陶瓷进行表面处理，以使所述待焊陶瓷的表面形成为光滑表面；在所述待焊陶瓷的表面进行金属化处理，形成与所述待焊陶瓷结合的中间金属层，所述待焊陶瓷的热膨胀系数与所述中间金属层的热膨胀系数匹配；并且将所述待焊陶瓷、金属钎料与所述待焊金属依次叠放并进行钎焊。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷与金属的钎焊方法，其特征在于：包括：准备待焊陶瓷和待焊金属，并且对所述待焊陶瓷进行表面处理，以使所述待焊陶瓷的表面形成为光滑表面；在所述待焊陶瓷的表面进行金属化处理，形成与所述待焊陶瓷结合的中间金属层，所述待焊陶瓷的热膨胀系数与所述中间金属层的热膨胀系数匹配；并且将所述待焊陶瓷、金属钎料与所述待焊金属依次叠放并进行钎焊。2.如权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于：所述待焊陶瓷的表面的粗糙度小于0.05μm。3.如权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于：所述金属化处理的方法为溅射、蒸镀、PVD、CVD、镀覆或高温烧结。4.如权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于：所述中间金属层为选自Nb、Au、Ti及它们的合金中的至少一种。5.如权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于：所述金属钎料为选...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蕾，周永东，李清，卢路旺，
申请(专利权)人：深圳硅基仿生科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44