一种低温活性钎料及钎焊碳化硅陶瓷的方法技术

本发明专利技术公开了一种低温活性钎料及钎焊碳化硅陶瓷的方法，所述钎料的化学成分按质量百分比计包括：In：55

【技术实现步骤摘要】
一种低温活性钎料及钎焊碳化硅陶瓷的方法


[0001]本专利技术属于钎焊材料领域，尤其涉及一种低温活性钎料及钎焊碳化硅陶瓷的方法。

技术介绍

[0002]由于SiC陶瓷与传统金属钎料的线膨胀系数差距很大，钎焊接头中会产生很大的残余应力，导致接头性能下降，不能使界面结合强度有效的发挥，而且工件尺寸越大，越难实现成功连接。与此同时，焊接温度越高残余应力越大，如在低温下焊接，残余应力也会相应减小。为了缓解SiC陶瓷钎焊时残余应力，降低钎焊结构开裂危险，提出通过使用低温的复合钎料来缓解残余应力的解决思路。
[0003]中温活性钎料银
‑
铜
‑
钛在陶瓷
‑
陶瓷、陶瓷
‑
金属、金属
‑
金属等钎焊焊接领域获得了广泛的应用，该钎料对应的钎焊温度一般在860
‑
900℃。虽然该钎料应用成熟，但是其过高的钎焊温度仍然会给陶瓷
‑
陶瓷等接头带来较大的热应力，而且对应的接头强度也相对较低。同时，广泛应用的银铜钛活性钎料主要以粉末形貌为主(参照公开专利CN107322187A所示)，另外还有少量的箔带状(参照公开专利CN106521203A所示)。粉末活性钎料一般通过添加有机物以制备成焊膏，在焊接过程中会存在有机物分解不完全导致有机物碳化从而残留在焊缝中。而箔带活性钎料由于Ti、Zr等活性元素的存在，其材料塑性随钛含量增加降低，仅在钛含量低于2％时才能成型，其成型厚度最薄仅能达到0.05mm，从而大大限制了其应用。

技术实现思路

[0004]基于上述技术问题，本专利技术提供了一种低温活性钎料及钎焊碳化硅陶瓷的方法，所述钎料在有效降低钎料熔点及相应钎焊温度的基础上，还能大幅度提高接头强度；同时在钎焊碳化硅陶瓷中，既避免使用有机物，又有效降低焊缝厚度，大大提高了焊接品质。
[0005]本专利技术提出的一种低温活性钎料，所述钎料的化学成分按质量百分比计包括：In：55
‑
70％、Ag：12
‑
18％、Ti：2
‑
7％、余量为Cu。
[0006]该钎料中添加元素Ag、Cu，可以改善钎料的微观组织，钎料的熔化温度虽略微降低，但仍然有限；添加元素Ti显著增强其高温性能的同时改善钎料的润湿性；添加元素In，可以显著降低钎料的熔点，降低钎料液态时的表面张力同时有利于改善润湿性。
[0007]优选地，所述钎料的熔点为565
‑
695℃。
[0008]优选地，所述钎料是按质量百分比将高纯度的In、Ag、Ti、Cu单质在真空悬浮熔炼炉中熔炼均匀后成型得到。
[0009]本专利技术中，采用真空悬浮熔炼工艺，并在水冷铜模具中制备成板材，可以保证所述钎料的纯净度。
[0010]优选地，所述钎料为板材状，厚度为6
‑
12mm。
[0011]本专利技术还提出一种钎焊碳化硅陶瓷的方法，包括如下步骤：
[0012]S1、采用等离子溅射工艺在碳化硅陶瓷的待焊接面上形成钎料薄膜；
[0013]S2、将两块具有钎料薄膜的碳化硅陶瓷上的钎料薄膜对准，再真空焊接，得到钎焊连接后的碳化硅陶瓷。
[0014]优选地，所述等离子溅射工艺的靶材为低温活性钎料，该低温活性钎料的化学成分按质量百分比计包括：In：55
‑
70％、Ag：12
‑
18％、Ti：2
‑
7％、余量为Cu。
[0015]为实现碳化硅陶瓷的焊接，传统钎料难以实现陶瓷材料的钎焊，本专利技术中，选用含钛的低温活性钎料，不仅降低残余应力，而且提高焊接强度。与此同时，该低温活性钎料选用为板材状，可减少使用焊膏中有机物杂质对焊缝的污染，保证焊缝纯净。
[0016]优选地，所述等离子溅射工艺的参数包括：溅射功率为20
‑
28kw，镀膜时间为5
‑
15min。
[0017]本专利技术中，采用等离子溅射工艺在碳化硅陶瓷表面实现镀膜，通过控制等离子溅射工艺的溅射功率和镀膜时间，保证了焊缝厚度。
[0018]优选地，所述钎料薄膜的膜层厚度为2
‑
10μm。
[0019]优选地，所述真空焊接的工艺参数包括：真空度为(0.1
‑
10)
×
10
‑2Pa，焊接温度为650
‑
720℃，焊接时间为15
‑
60min。
[0020]优选地，所述真空焊接中，以10
‑
15℃/min的升温速率升温至550
‑
620℃，并保温5
‑
30min，再以3
‑
5℃/min的升温速率升温至650
‑
720℃，并保温10
‑
30min。
[0021]本专利技术的有益效果为：
[0022](1)所述钎料配方中，In含量为55
‑
70％。虽然铟的加入可以降低钎料熔点及相应的钎焊温度，但大量In的加入会相对降低焊接强度；本专利技术中创造性的加入超过50％含量的In，在大幅降低Ag的含量，从而降低成本，满足实际行业需求的同时，更重要的是还能进一步降低残余应力并大幅提高焊接强度。与此同时，Ti的含量为2
‑
7％，虽然较高的Ti含量对于提高钎料活性起到了积极作用，但是过高Ti含量对接头强度不利，因此本专利技术钎料中的Ti含量限定既可促进钎料在碳化硅陶瓷上的润湿铺展性，又能保持强度优势。
[0023](2)钎焊碳化硅陶瓷中，本专利技术中通过采用等离子溅射镀膜实现在碳化硅陶瓷表面形成薄膜活性钎料层，如此既可以避免传统需要利用有机物配置成焊膏进行涂覆才能完成钎料附着，又能在获得一种焊缝厚度非常之薄的焊接接头，避免焊缝过厚，从而进一步提高焊接质量，提升焊接强度，具有良好的可靠性。
[0024](3)真空焊接中，本专利技术的钎料钎焊温度控制为650
‑
720℃，和常规银
‑
铜
‑
钛活性钎料相比，前者钎焊温度降低了超过200℃，在保证接头性能水平的基础上，钎焊温度越低越利于降低接头中的残余热应力，更能有效避免接头在钎焊后的冷却过程中出现开裂。实施上，就接头强度而言，采用本专利技术的钎料获得的碳化硅陶瓷接头剪切强度可达到160Mpa以上，比传统银
‑
铜
‑
钛活性钎料获得的接头剪切强度提升了40％以上。
附图说明
[0025]图1为实施例1所述碳化硅陶瓷钎焊连接接头的剪切断裂面的扫描电镜图；
[0026]图2为对比例1所述碳化硅陶瓷钎焊连接接头的剪切断裂面的扫描电镜图；
[0027]图3为对比例2所述碳化硅陶瓷钎焊连接接头的剪切断裂面的扫描电镜图；
[0028]图4为对比例3所述碳化硅陶瓷钎焊连接接头的剪切断裂面的扫描电镜图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温活性钎料，其特征在于，所述钎料的化学成分按质量百分比计包括：In：55
‑
70％、Ag：12
‑
18％、Ti：2
‑
7％、余量为Cu。2.根据权利要求1所述的低温活性钎料，其特征在于，所述钎料的熔点为565
‑
695℃。3.根据权利要求1或2所述的低温活性钎料，其特征在于，所述钎料是按质量百分比将高纯度的In、Ag、Ti、Cu单质在真空悬浮熔炼炉中熔炼均匀后成型得到。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的低温活性钎料，其特征在于，所述钎料为板材状，厚度为6
‑
12mm。5.一种钎焊碳化硅陶瓷的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、采用等离子溅射工艺在碳化硅陶瓷的待焊接面上形成钎料薄膜；S2、将两块具有钎料薄膜的碳化硅陶瓷上的钎料薄膜对准，再真空焊接，得到钎焊连接后的碳化硅陶瓷。6.根据权利要求5所述的钎焊碳化硅陶瓷的方法，其特征在于，所述等离子溅射工艺的靶材为低温活性钎料，该低温活性钎料的化学成分按质量百分比计包括：In：55
‑
70％、Ag：12
‑
18％、Ti：2
‑
7％、...

【专利技术属性】
技术研发人员：金莹，刘平，张玲玲，金霞，张腾辉，翁子清，史金光，
申请(专利权)人：浙江亚通焊材有限公司，
类型：发明
国别省市：