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；并将待焊陶瓷、金属钎料与待焊金属依次叠放进行钎焊，金属钎料于中间金属层与待焊金属之间，钎焊时，通过加热使金属钎料熔融，熔融的金属钎料浸润中间金属层，并保持预定时间的熔融状态，使金属钎料与具有中间金属层的待焊陶瓷之间的界面形成焊接面，并进行退火和固化。根据本公开能够提供一种能够减小界面层的热应力并且提高界面层的气密性和剪切强度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
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减小界面层的热应力并且提高界面层的气密性和剪切强度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，所述金属钎料位于所述中间金属层与所述待焊金属之间，在钎焊过程中，通过加热使所述金属钎料熔融，熔融的金属钎料浸润所述中间金属层，并保持预定时间的熔融状态，使所述金属钎料与具有所述中间金属层的待焊陶瓷之间的界面形成焊接面，并进行退火和固化。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，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，钎焊时金属钎料能够熔融并浸润中间金属层，在这种情况下，熔融的金属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，减小界面层的热应力并且提高气密性能。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由选自Nb、Au、Ti及它们的合金中的至少一种构成。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，可选地，所述待焊陶瓷、所述待焊金属与所述金属钎料的尺寸相匹配。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，对所述待焊陶瓷、金属钎料与所述待焊金属依次叠放形成的待焊件施加压力。由此，能够在钎焊时固定待焊件，并且能够控制钎缝宽度及其边缘的一致性。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。由此，能够增加待焊金属的表面润湿性能。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℃1mi1至50℃1mi1的加热速率升温至1060℃至1150℃，保温1mi1至30mi1，然后以2℃1mi1至20℃1mi1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，提高待焊陶瓷与待焊金属之间界面层的气密性和剪切强度。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层的热应力并且提高界面层的气密性和剪切强度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示出了本公开的示例所涉及的装配有待焊件的治具的截面图。图5示出了本公开的示例所涉及的待焊件的装配结构图。图6示出了本公开的示例所涉及的待焊件的截面图。图7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。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。在一些示例中，金属钎料32可以位于中间金属层与待焊金属33之间。另外，在一些示例中，可选地，在钎焊过程中，通过加热使金属钎料32熔融，熔融的金属钎料32浸润中间金属层，并保持预定时间的熔融状态，使金属钎料32与具有中间金属层的待焊陶瓷31之间的界面形成焊接面，并进行退火和固化。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，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，钎焊时金属钎料32能够熔融并浸润中间金属层，在这种情况下，熔融的金属钎料32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待焊陶瓷31与待焊金属33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，减小界面层热应力并且提高气密性能。此外，在本实施方式中，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(脆性化合物)的产生和分布，增加强度、减小热应力和母材(待焊陶瓷31、待焊金属33)的热变形，消除焊缝中的裂纹，提高待焊陶瓷31与待焊金属33之间界面层的气密性和剪切强度。在一些示例中，在步骤S10中，可以对待本文档来自技高网...

【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；/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，所述金属钎料位于所述中间金属层与所述待焊金属之间，/n在钎焊过程中，通过加热使所述金属钎料熔融，熔融的金属钎料浸润所述中间金属层，并保持预定时间的熔融状态，使所述金属钎料与具有所述中间金属层的待焊陶瓷之间的界面形成焊接面，并进行退火和固化。/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，所述金属钎料位于所述中间金属层与所述待焊金属之间，
在钎焊过程中，通过加热使所述金属钎料熔融，熔融的金属钎料浸润所述中间金属层，并保持预定时间的熔融状态，使所述金属钎料与具有所述中间金属层的待焊陶瓷之间的界面形成焊接面，并进行退火和固化。


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、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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蕾，卢陆旺，
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