陶瓷与金属的钎焊方法技术

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，并对待焊陶瓷进行表面处理，以使待焊陶瓷的表面形成为粗糙表面；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；并且将待焊陶瓷、金属钎料与待焊金属依次叠放并进行钎焊，在进行钎焊时，以1℃/min至50℃/min的加热速率升温至第一温度，保温，然后以1℃/min至50℃/min的加热速率升温至第二温度，保温，再以1℃/min至50℃/min的加热速率升温至第三温度，保温，然后以2℃/min至20℃/min的降温速率降温至200℃至600℃，最后随炉冷却至150℃以下。根据本公开能够提供一种能够提高焊接的可靠性的陶瓷与金属的钎焊方法。

Brazing methods of ceramics and metals

【技术实现步骤摘要】
陶瓷与金属的钎焊方法
本公开特别涉及一种陶瓷与金属的钎焊方法。
技术介绍
现有微型器件中，实现陶瓷与金属的互联除了传统的钎焊技术还有很多新焊接技术，比如扩散焊、摩擦焊、热压焊等等。然而这些新的焊接技术的可靠性，都无法与传统的钎焊技术相比。因此高可靠性要求的行业(比如：航天、军工、医疗等等)仍然采用传统的钎焊的方法。特别地，在植入式医疗行业中，由于生物兼容性的要求，能够使用的材料种类十分有限，并且由于陶瓷与金属之间焊接性能差别巨大使得陶瓷与金属难以实现可靠性焊接。为解决上述问题，现有陶瓷与金属的钎焊技术中，通常会在钎焊速度快的一侧加入牺牲层或者阻挡层以减缓这一侧的钎焊速度，例如在金属-钎料之间引入一层牺牲层。然而，由于第三种金属的引入，使得焊接IMC界面更加复杂，且难以控制与分析。
技术实现思路
本公开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提高焊接的可靠性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，其包括：准备待焊陶瓷和待焊金属，并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粗糙表面；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，其中，在进行钎焊时，以1℃/min至50℃/min的第一加热速率升温至第一温度，保温第一预定时间，然后以1℃/min至50℃/min的第二加热速率升温至第二温度，保温第二预定时间，再以1℃/min至50℃/min的第三加热速率升温至第三温度，保温第三预定时间，然后以2℃/min至20℃/min的降温速率降温至200℃至600℃，最后随炉冷却至150℃以下，所述第一温度为80℃至300℃，所述第二温度为800℃至1000℃，所述第三温度为1060℃至1150℃，所述第一预定时间为1min至60min，所述第二预定时间为1min至30min，所述第三预定时间为1min至30min。在本公开中，待焊陶瓷经表面处理和金属化处理，待焊陶瓷的表面形成有热膨胀系数匹配的中间金属层，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待焊陶瓷与待焊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，减小热应力并且提高气密性能。另外，待焊陶瓷与待焊金属按特定的温度曲线进行钎焊，既能够使钎焊用的治具温度均匀，也能够改善界面间脆性相的产生和分布，从而提高待焊陶瓷与待焊金属上钎焊界面的焊接情况的一致性以及待焊陶瓷与待焊金属钎焊的可靠性。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，所述第二加热速率可以小于所述第一加热速率。由此，能够有利于使钎焊用的治具的温度均匀，从而能够提高待焊陶瓷与待焊金属上钎焊界面的焊接情况的一致性。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，所述第三加热速率可以小于所述第二加热速率。由此，能够减小钎焊用的治具升至第三温度后的温度惯性，从而能够减小钎焊用的治具受到的温度冲击。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，可选地，所述第一预定时间大于所述第二预定时间，所述第二预定时间大于所述第三预定时间。由此，能够有利于钎焊用的治具温度均匀，并有助于减少界面间脆性相的生成。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，可选地，所述第一预定时间为30min，所述第二预定时间为10min，所述第三预定时间为1min。由此，能够更有利于钎焊用的治具温度均匀，且更有助于减少界面间脆性相的生成。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，所述中间金属层可以由选自Nb、Au、Ti及它们的合金中的至少一种构成。由此，金属钎料能够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，所述金属钎料可以布置于所述待焊陶瓷的中间金属层上。由此，能够有利于待焊陶瓷与待焊金属进行钎焊。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，可选地，所述金属钎料具有生物兼容性，所述金属钎料选自Au、Ag、Ti、Nb及它们的合金中的至少一种。在这种情况下，能够形成具有生物安全性的钎焊层。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，可选地，所述待焊陶瓷具有生物兼容性，所述待焊陶瓷可以由选自氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化钛、硅铝酸盐或钙铝系中的至少一种构成。由此，能够用于制备植入式医疗器件。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，可选地，所述待焊金属具有生物兼容性，所述待焊金属选自Ti、Nb、Ni、Zr、Ta及它们的合金中的至少一种。由此，能够用于植入式医疗器件的钎焊。另外，在本公开所涉及的钎焊方法中，可选地，在进行钎焊时，以16℃/min的第一加热速率升温至200℃，保温30min，然后以13℃/min的第二加热速率升温至935℃，保温10min，再以10℃/min的第三加热速率升温至1100℃，保温1min，最后以8℃/min的降温速率降温至600℃，然后随炉冷却至150℃以下。在这种情况下，待焊陶瓷与待焊金属按该温度曲线进行钎焊，既能够使钎焊用的治具温度均匀，也能够改善界面间脆性相的产生和分布，从而提高待焊陶瓷与待焊金属上钎焊界面的焊接情况的一致性以及陶瓷与金属钎焊的可靠性。根据本公开，能够提供一种能够提高焊接的可靠性的陶瓷与金属的钎焊方法。附图说明图1示出了本公开的示例所涉及的陶瓷与金属的钎焊方法的流程示意图。图2示出了本公开的示例所涉及的待焊件的立体示意图。图3示出了本公开的示例所涉及的待焊件的立体结构图。图4示出了本公开的示例所涉及的钎焊用的治具的立体结构图。图5示出了本公开的示例所涉及的陶瓷与金属钎焊的温度曲线图。图6示出了本公开的实施例中所涉及的Al2O3陶瓷与纯Ti金属的钎焊接头的切片图。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示出了本公开的示例所涉及的陶瓷与金属的钎焊方法的流程示意图。在本实施方式中，如图1所示，陶瓷与金属的钎焊方法可以包括：准备待焊陶瓷11和待焊金属13，并对待焊陶瓷11进行表面处理，以使待焊陶瓷11的表面形成为粗糙表面(步骤S10)；在待焊陶瓷11的表面进行金属化处理，形成与待焊陶瓷11结合的中间金属层，待焊陶瓷11的热膨胀系数与中间金属层的热膨胀系数匹配(步骤S20)；并且将待焊陶瓷11、金属钎料12与待焊金属13依次叠放并进行钎焊(步骤S30)。另外，可选地，在进行钎焊时，以1℃/min至50℃/min的第一加热速率升温至第一温度，保温第一预定时间，然后以1℃/min至50℃/min的第二加热速率升温至第二温度，保温第二预定时间，再以1℃/min至50℃/min的第三加热速率升温至第三温度，保温第三预定时间，然后以2℃/min至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷与金属的钎焊方法，其特征在于，/n包括：/n准备待焊陶瓷和待焊金属，并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粗糙表面；/n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/n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，其中，/n在进行钎焊时，以1℃/min至50℃/min的第一加热速率升温至第一温度，保温第一预定时间，然后以1℃/min至50℃/min的第二加热速率升温至第二温度，保温第二预定时间，再以1℃/min至50℃/min的第三加热速率升温至第三温度，保温第三预定时间，然后以2℃/min至20℃/min的降温速率降温至200℃至600℃，最后随炉冷却至150℃以下，/n所述第一温度为80℃至300℃，所述第二温度为800℃至1000℃，所述第三温度为1060℃至1150℃，/n所述第一预定时间为1min至60min，所述第二预定时间为1min至30min，所述第三预定时间为1min至30min。/n

【技术特征摘要】
20181231 CN 20181165074761.一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粗糙表面；
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，其中，
在进行钎焊时，以1℃/min至50℃/min的第一加热速率升温至第一温度，保温第一预定时间，然后以1℃/min至50℃/min的第二加热速率升温至第二温度，保温第二预定时间，再以1℃/min至50℃/min的第三加热速率升温至第三温度，保温第三预定时间，然后以2℃/min至20℃/min的降温速率降温至200℃至600℃，最后随炉冷却至150℃以下，
所述第一温度为80℃至300℃，所述第二温度为800℃至1000℃，所述第三温度为1060℃至1150℃，
所述第一预定时间为1min至60min，所述第二预定时间为1min至30min，所述第三预定时间为1min至30min。


2.如权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于：
所述第二加热速率小于所述第一加热速率。


3.如权利要求1或2所述的钎焊方法，其特征在于：
所述第三加热速率小于所述第二加热速率。

【专利技术属性】
技术研发人员：王蕾，卢陆旺，韩明松，
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