一种钎料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钎料及其制备方法。本发明专利技术钎料包括：锡，5质量份至10质量份；铜，30质量份至50质量份；铋，0.5质量份至5质量份；镱，0.01质量份至0.2质量份；银，24.8质量份至63.49质量份；钛，1质量份至10质量份。本发明专利技术解决了金刚石焊接接头可靠性不高的问题，通过对钎焊接头进行强化，增强了金刚石和焊点的结合力，实现金刚石和基板的高性能互连。实现金刚石和基板的高性能互连。实现金刚石和基板的高性能互连。

【技术实现步骤摘要】
一种钎料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金刚石钎焊材料
，具体而言，涉及一种钎料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着制造技术的发展磨削加工成为机械加工中的一项重要技术。早期在磨削加工中主要采用碳化硅和刚玉普通磨料模具，但是针对当下高速、高精度、高柔性和强化环保意识的要求，超硬磨料磨具成为业界关注的重点。在超硬磨料磨具中选用的超硬磨料主要为金刚石和立方氮化硼，金刚石是自然界中硬度最高的矿物，因此金刚石成为磨料磨具中应用最为广泛的材料，通过结合剂将金刚石粘结在基板上形成金刚石磨具。
[0003]钎焊是实现金刚石工具的一种重要手段，即采用熔点比基体金属低的钎料熔化后借毛细作用填满接头间隙。但是共价键结构的金刚石与金属之间具有很高的界面能，钎焊难度较大，一般的机械镶嵌和物理吸附没有足够的把持力。为了实现金刚石和金属之间的钎焊，国内外的研究者选择含有活性元素(如Ti、Cr、Mo等)的钎料，例如Ag
‑
Cu
‑
Ti和Ni
‑
Cr，通过加热实现钎料和超硬磨粒界面处发生冶金反应，形成冶金连接，提高把持强度。尽管形成了冶金连接，但是金刚石钎焊界面脆性金属间化合物影响着钎焊强度、钎焊接头残余应力集中等质量问题，而这些问题也直接制约了金刚石工具的使用寿命。因此开发新型钎焊材料提高金刚石焊接接头可靠性成为本领域具有挑战性和重要性的一项前沿课题。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决了金刚石焊接接头可靠性不高的问题，通过对钎焊接头进行强化，增强了金刚石和焊点的结合力，实现金刚石和基板的高性能互连。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种钎料，包括：锡，5质量份至10质量份；铜，30质量份至50质量份；铋，0.5质量份至5质量份；镱，0.01质量份至0.2质量份；银，24.8质量份至63.49质量份；钛，1质量份至10质量份。
[0006]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：强化钎焊接头。本专利技术钎料通过钛、铋、镱、铜、锡、银六者的耦合作用，从而达到强化钎焊接头的效果。在100质量份的钎料中铋为0.5质量份至5质量份、锡为5质量份至10质量份，铋和锡主要用于降低钎料的熔化温度，使钎料易于进行焊接。在100质量份的钎料中镱为0.01质量份至0.2质量份，镱为稀土元素，镱的添加可以显著提高钎料的润湿铺展性能和抗氧化性能。在100质量份的钎料中钛为1质量份至10质量份，钛的添加主要用于细化焊点间化合物，强化钎焊接头，增强了金刚石和焊点的结合力，实现金刚石和基板的高性能互连。因此，使用本专利技术钎料对金刚石进行钎焊时，钎焊接头具有优良的力学性能，钎焊接头强度高，钎焊接头中残余应力少，金刚石钎焊界面的金属间化合物被细化，钎焊界面的结合强度增强，而且钎焊接头具有较高的抗热疲劳性能，所以本专利技术钎料可以满足金刚石的高可靠性需求。
[0007]在本专利技术的一个实例中，钛包括：钛纳米线，0.5质量份至2质量份；钛纳米颗粒，0.5质量份至8质量份。
[0008]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：显著强化焊接接头，显著实现金刚石工具的高性能互连。在100质量份的钎料中钛为1质量份至10质量份，其中钛纳米线为0.5质量份至2质量份、钛纳米颗粒为0.5质量份至8质量份。本专利技术钎料通过钛纳米线、钛纳米颗粒、铋、镱、铜、锡、银七者的耦合作用，显著强化钎焊接头。其中，钛纳米颗粒与金刚石反应形成碳化钛金属间化合物，由于钛纳米颗粒的粒径极小，因此生成的碳化钛金属化合物物相细小，能够起到显著强化钎焊接头的作用。钛纳米线的存在，会形成类似网状的结构分布在焊点内部组织中以及金刚石颗粒周围，钛纳米线会将金刚石颗粒和焊点捆绑起来，增强金刚石和焊点直接的结合力。因此，使用本配方配置的钎料对金刚石进行钎焊时，能够显著强化焊接接头，显著增强金刚石和焊点的结合力，显著实现金刚石工具的高性能互连。
[0009]在本专利技术的一个实例中，钛纳米线的直径为30纳米至50纳米、长度为50微米至100微米。
[0010]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：增强金刚石颗粒和焊点的连接。当钛纳米线的直径为30纳米至50纳米、长度为50微米至100微米时，钛纳米线将金刚石颗粒和焊点连接起来的连接力增强。若钛纳米线的直径小于50微米，则钛纳米线不能很好的形成网状结构，金刚石颗粒和焊点的连接效果较差；若钛纳米线的直径大于100微米，则钛纳米线形成的网状结构过密，将会影响焊点表面的性能。
[0011]在本专利技术的一个实例中，钛纳米颗粒的直径为30纳米至50纳米。
[0012]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：强化碳化钛金属间化合物相。当钛纳米颗粒的直径为30纳米至50纳米时，能够很好的细化碳化钛相的晶粒，具有强化碳化钛金属间化合物相的作用。
[0013]在本专利技术的一个实例中，钎料的固相线温度在620.2℃至640.3℃。
[0014]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：使钎料易于进行焊接。成份、结构相同的组织统称为相，固相就是由固体组成的相。合金冷却时，会在T1温度开始形成固体晶体，再继续冷却，就会在一个T2温度完全变成固体。随着合金成分的变化，这两个温度点也会变化，由不同合金成分的T2温度组成的在相图中的线为固相线，固相线以下的相都是固相。固相线温度可以表示钎料完全凝固成为固相的最高温度，本专利技术钎料的固相线温度在620.2℃至640.3℃，说明根据不同的钎料配方，本专利技术的钎料在620.2℃至640.3℃范围内，能够由固相转变为固液混合相，或者由固液混合相转变为固相。因此，本专利技术钎料的固相线温度较低，使钎料容易进行焊接。
[0015]在本专利技术的一个实例中，钎料的液相线温度在660.5℃至680.2℃。
[0016]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：使钎料易于进行焊接。成份、结构相同的组织统称为相，液相就是由液体组成的相。合金冷却时，会在T1温度开始形成固体晶体，再继续冷却，就会在一个T2温度完全变成固体。随着合金成分的变化，这两个温度点也会变化，由不同合金成分的T1温度组成的在相图中的线为液相线，液相线其上全为液相，线下有固相出现。液相线温度可以表示钎料完全成为液体的最低温度，本专利技术钎料的液相线温度在660.5℃至680.2℃，说明根据不同的钎料配方，本专利技术的钎料在660.5℃至680.2℃范围内，能够由液相转变为固液混合相，或者由固液混合相转变为液相。本专利技术钎料的液相线温度与固相线温度差距较小，即进行钎焊后焊料就能快速凝固，实现焊接，利于
具有良好力学性能的钎焊接头形成。
[0017]本专利技术还提供一种钎料的制备方法，用于制备上述钎料，包括：
[0018]S10：按照配比准备底料，将底料与助焊膏混合，制备得到第一焊膏；
[0019]S20：将添加料加入第一焊膏中，得到钎料；
[0020]其中，底料包括锡、铋、银、镱铜合金，添加料包括钛。
[0021]与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钎料，其特征在于，包括：锡，5质量份至10质量份；铜，30质量份至50质量份；铋，0.5质量份至5质量份；镱，0.01质量份至0.2质量份；银，24.8质量份至63.49质量份；钛，1质量份至10质量份。2.根据权利要求1所述的钎料，其特征在于，所述钛包括：钛纳米线，0.5质量份至2质量份；钛纳米颗粒，0.5质量份至8质量份。3.根据权利要求2所述的钎料，其特征在于，所述钛纳米线的直径为30纳米至50纳米、长度为50微米至100微米；和/或所述钛纳米颗粒的直径为30纳米至50纳米。4.根据权利要求1所述的钎料，其特征在于，所述钎料的固相线温度在620.2℃至640.3℃。5.根据权利要求1所述的钎料，其特征在于，所述钎料的液相线温度在660.5℃至680.2℃。6.一种钎料的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1至5所述的钎料，包括：S10：按照配比准备底料，将所述底料与助焊膏混合，制备得到第一焊膏；S20：将添加料加入所述第一焊膏中，得到所述钎料；其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，龙伟民，钟素娟，孙华为，王星星，于华，
申请(专利权)人：中机智能装备创新研究院宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：