金属-陶瓷封接方法、金属-陶瓷复合结构技术

本发明专利技术公开了一种金属

【技术实现步骤摘要】
金属
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陶瓷封接方法、金属
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陶瓷复合结构


[0001]本专利技术属于电真空器件制备领域，尤其涉及一种用于电真空器件的金属
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陶瓷封接方法以及金属
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陶瓷复合结构。

技术介绍

[0002]电真空器件的制备涉及大量的金属
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陶瓷封接结构，金属材料主要有4J33瓷封合金、4J34瓷封合金等，如需设计柔性焊边，也可采用不锈钢、钼、铜等，陶瓷材料主要有氧化铝、蓝宝石、金刚石等，常用的电真空器件封接模具材料主要有发黑不锈钢和陶瓷。
[0003]发黑是化学表面处理的一种常用手段，原理是使金属表面产生一层氧化膜，以阻止焊料在封接模具表面浸润，达到阻焊目的。但是电真空器件的金属
‑
陶瓷封接，大都在还原性气氛氢气的保护下进行，温度超过1000℃，氧化膜极易被还原，失去阻焊特性，这种方法仅适用于一些低熔点的焊料封接，对于铜等高温焊料，阻焊性较差，而且氧化膜的阻焊性相比于陶瓷材料本身，还存在明显不足，较大面积的焊料流散在氧化膜表面，仍旧存在粘模的风险。
[0004]在膨胀系数方面，发黑不锈钢的膨胀系数约为16.6
×
10
‑6/K，是瓷封合金材料的2.7倍，一般放置在电真空器件的组件内部定位，以便高温状态下获得较小的配合间隙，提高定位精度，低温状态下获得较大的配合间隙，方便拆装模具。但膨胀系数大都不是随着温度呈线性关系，因此不同的封接温度条件下，这种关系也在不断变化，这就导致封接模具和金属零件的配合间隙，需要特别设计和试验。即便通过反复试验找到某个工装在高温状态的滑配效果，冷却过程中，发黑不锈钢快速收缩，被封接件失去定位支撑，从金属
‑
陶瓷封接面传导的焊接应力极易造成薄壁零件的变形，限制了定位精度的提升。
[0005]陶瓷材料具有天然的阻焊性，但其加工制造困难，尤其是复杂结构的位置公差精度难以达到0.1mm。电真空器件的几何精度要求封接模具有多个不同直径、不同高度的定位面，因此封接模具常设计成阶梯轴结构，在特定的位置还需要加工通气孔，陶瓷材料的加工难以实现这些工艺要求，只有直径相同的一根陶瓷杆作为封接模具有应用，其余情况均应用较少。在膨胀系数方面，陶瓷材料的膨胀系数小于常用的金属零件材料瓷封合金，这就使得它放置在器件的组件内部时，不符合大小间隙规律，放置在外部时，结构设计困难，且遮挡炉温向封接零件扩散。

技术实现思路

[0006]针对当前金属
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陶瓷封接中封接模具的缺陷，为了满足电真空器件封接的要求，本专利技术提供了一种金属
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陶瓷封接方法，对金属零件和封接模具进行表面处理，以解决金属
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陶瓷封接的封接模具材料和金属零件材料膨胀系数差异导致的上述至少一个问题。
[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种金属
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陶瓷封接的方法，包括：
[0008]在金属零件表面形成多个第一沟槽，以抑制焊料向非封接区域铺展；
[0009]在封接模具表面形成多个第二沟槽，第二沟槽的深宽比小于第一沟槽的深宽比，
封接模具用于对金属零件进行定位；
[0010]将表面改性剂均匀的铺展在封接模具的表面；
[0011]对封接模具和表面改性剂进行风干、烧结处理，得到具有阻焊性的封接模具；
[0012]利用具有阻焊性的封接模具对金属零件和陶瓷进行封接；
[0013]其中，封接模具与金属零件由同一种材料制成。
[0014]根据本专利技术的实施例，利用具有阻焊性的封接模具对金属零件和陶瓷进行封接包括：
[0015]利用具有阻焊性的封接模具通过陶瓷对金属零件和另一个金属零件进行封接。
[0016]根据本专利技术的实施例，利用具有阻焊性的封接模具对金属零件和陶瓷进行封接包括：
[0017]在氢气气氛下，利用具有阻焊性的封接模具通过焊料对金属零件和陶瓷进行封接；
[0018]其中，焊料只接触第一沟槽的尖端部分。
[0019]根据本专利技术的实施例，第一沟槽的深度和/或宽度为微米或纳米级，
[0020]优选地，每个第一沟槽的深度与宽度之比为(3～10):1。
[0021]根据本专利技术的实施例，第二沟槽的深度和/或宽度为微米级，
[0022]优选地，每个第二沟槽的深度与宽度之比为1:(3～10)。
[0023]根据本专利技术的实施例，表面改性剂包括纳米氧化铝粉末溶液、纳米氧化锆粉末溶液、或纳米碳化硅粉末溶液。
[0024]根据本专利技术的实施例，金属零件包括瓷封合金、不锈钢、钼、或铜。
[0025]根据本专利技术的实施例，第一沟槽和第二沟槽的形成方法包括飞秒激光刻蚀、深反应离子刻蚀(DRIE)、UV
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LIGA。
[0026]根据本专利技术的实施例，在金属零件表面形成多个第一沟槽和在封接模具表面形成多个第二沟槽之前，该封接方法还包括：
[0027]对金属零件和封接模具进行粗加工，并对金属零件和封接模具进行一次退火；
[0028]对一次退火后的金属零件和封接模具进行精加工至所需尺寸，对精加工后的金属零件和封接模具进行二次退火；
[0029]其中，对金属零件和封接模具进行二次退火的温度高于利用具有阻焊性的封接模具对金属零件和陶瓷进行封接的封接温度10℃左右。
[0030]本专利技术还提供一种利用上述的封接方法封接得到的金属
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陶瓷复合结构，其中，金属
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陶瓷复合结构由外层金属管零件和内层陶瓷环组成。
[0031]从以上技术方案可以看出，本专利技术的上述实施例提供的金属
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陶瓷封接的方法具有以下有益效果：
[0032](1)通过对金属零件进行表面处理，在金属零件表面形成一层微/纳米级别的第一沟槽，提高了金属零件表面的粗糙度，当熔化的焊料接触金属零件的表面时，第一沟槽能够俘获一层封接过程中常用的氢气保护层，使得焊料只能接触第一沟槽的尖端部分，降低了焊料与金属零件表面的接触面积，使得金属零件可以抑制焊料铺展，赋予了金属零件表面阻焊性；
[0033](2)通过对封接模具进行表面处理，表面改性剂溶质粉末经烧结后在封接模具表
面形成一层类陶瓷结构，使得封接模具整个表面获得良好的阻焊性，对金镍、铜、金铜、银铜、银等焊料有良好的阻焊性；
[0034](3)通过对封接模具和金属零件进行表面处理，使得封接过程中允许封接模具材料与被封接的金属零件的材料一致，封接模具和金属零件具有相同的膨胀系数、力学性能，在封接定位精度、焊后脱模、封接模具使用寿命等方面，均具有大幅度的提升。
附图说明
[0035]图1示意性示出了利用本专利技术实施例的金属
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陶瓷封接的方法实现金属
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陶瓷封接的操作原理示意图；
[0036]图2示意性示出了本专利技术实施例的金属
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陶瓷封接方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属
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陶瓷封接的方法，其特征在于，包括：在金属零件表面形成多个第一沟槽，以抑制焊料铺展；在封接模具表面形成多个第二沟槽，所述第二沟槽的深宽比小于所述第一沟槽的深宽比，所述封接模具用于对所述金属零件进行定位；将表面改性剂均匀的铺展在所述封接模具的表面；对所述封接模具和表面改性剂进行风干、烧结处理，得到具有阻焊性的封接模具；利用具有阻焊性的所述封接模具对所述金属零件和陶瓷进行封接；其中，所述封接模具与所述金属零件由同一种材料制成。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用具有阻焊性的所述封接模具对所述金属零件和陶瓷进行封接包括：利用具有阻焊性的所述封接模具通过陶瓷对所述金属零件和另一个金属零件进行封接。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用具有阻焊性的所述封接模具对所述金属零件和陶瓷进行封接包括：在氢气气氛下，利用具有阻焊性的所述封接模具通过焊料对所述金属零件和所述陶瓷进行封接；其中，所述焊料只接触所述第一沟槽的尖端部分。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一沟槽的深度和/或宽度为微米或纳米级，优选地，每个所述第一沟槽的深度与宽度之比为(3～10):1。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建，李芬，刘林，翟德慧，樊宇，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：