一种用于连接透明YAG陶瓷的玻璃焊料及连接方法技术

本发明专利技术公开了一种玻璃焊料连接透明YAG陶瓷的方法，属于焊接技术领域。本方法是将两块待焊YAG陶瓷表面打磨抛光平整；按“球磨

【技术实现步骤摘要】
一种用于连接透明YAG陶瓷的玻璃焊料及连接方法


[0001]本专利技术属于焊接
，具体涉及一种用于连接YAG陶瓷的玻璃焊料及连接方法。

技术介绍

[0002]YAG(Y3Al5O
12
)透明陶瓷具有机械强度高、化学性质稳定以及在紫外、可见及红外波段均具有高透光率等优异性能，在固体激光器、导弹穹顶、红外窗口及透明装甲等领域有着广泛的应用前景。其中，YAG透明陶瓷最重要的用途就是用做激光器的工作物质。通过向YAG透明陶瓷中掺杂Cr
3+
、Nd
3+
等激活离子，能够实现激光输出。众所周知，激光器中工作物质的长度越大，激光输出功率越大。因此，为了构建高功率YAG激光器，就需要制备大尺寸的YAG透明陶瓷。然而由于烧结设备尺寸所限，大尺寸YAG透明陶瓷制备困难，且成本较高。将小尺寸部件通过连接技术制造成为大尺寸部件是解决上述问题的有效方法。
[0003]在众多陶瓷材料的连接方法中，玻璃焊料与陶瓷材料具有良好的化学相容性，且玻璃焊料的热膨胀系数可调，因此更适合陶瓷自身的连接。文献[J.Lin,P.Lin,R.Ao,L.Xing,T.Lin,P.He,J.Li,W.Yang,Journal of the European Ceramic Society,2020,41(4):2847
‑
2854]中采用Bi2O3‑
ZnO
‑
B2O3玻璃焊料连接YAG陶瓷，获得了优异的力学性能。但是钎缝由ZnAl2O4颗粒、Y2O3纳米线及残余玻璃相所组成，晶体的形成会恶化接头透光性。因此，为了获得高透光率的接头，必须获得完全玻璃态的焊缝。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于连接透明YAG陶瓷的玻璃焊料及连接方法，以获得兼具高强度和高透光度的YAG陶瓷接头。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种用于连接透明YAG陶瓷的玻璃焊料，按重量百分比计，该玻璃焊料组成如下：
[0007]La2O3：50％～60％，Al2O3：5％～10％，SiO2：10％～20％，B2O3：10％～20％，BaO：5％～10％，K2O：4％～8％，Y2O3：1％～6％。
[0008]所述玻璃焊料采用熔融
‑
浇注法制备而成，所述熔融
‑
浇注法是按照“称量
‑
球磨
‑
烘干
‑
熔制
‑
浇注
‑
退火”的工艺路线制备玻璃焊料块；具体过程为：采用电子天平按玻璃焊料设计成分称量所需原料，称量好的原料放入球磨罐中球磨混合，球磨介质为去离子水或无水乙醇，球磨转速为400
‑
600r/min，球磨时间为2
‑
4h；球磨完成后对所得混合粉体进行烘干；干燥好的混合粉体放入铂金坩埚或刚玉坩埚中，然后放入空气气氛的马弗炉中加热至1500
‑
1600℃，保温1
‑
3h；随后，将所得玻璃熔体从马弗炉中取出并倒入不锈钢或铜模具中浇注成形；成形后的玻璃块立即放入已加热至800
‑
860℃的马弗炉中退火以消除内应力，方便加工。
[0009]上述制备玻璃焊料块的过程中，准备原料时B2O3由H3BO3引入，K2O由K2CO3引入，BaO由BaCO3引入，其他组分均为氧化物原料；各原料的纯度均高于99.9％。
[0010]所述YAG透明陶瓷为纯YAG透明陶瓷或者为发光离子掺杂的YAG透明陶瓷；所述发光离子为+3价稀土离子(Nd
3+
、Ho
3+
、Er
3+
、Tm
3+
、Yb
3+
等)和/或+3价过渡金属离子(Cr
3+
、V
3+
等)。
[0011]采用所述玻璃焊料对透明YAG陶瓷进行连接，具体包括如下步骤：
[0012](1)母材预处理：对待焊YAG陶瓷表面进行打磨、抛光处理后，再以丙酮为介质进行超声清洗10
‑
20min，吹干备用；
[0013](2)玻璃焊料片制备：采用金刚石线切割机将玻璃焊料块切成一定厚度的玻璃片，并清洗干净；
[0014](3)接头装配：将玻璃焊料片切割成与待焊陶瓷表面相同的尺寸，再放置于两块抛光好的YAG陶瓷母材之间，形成“三明治”装配结构，装配过程中不使用压力；
[0015](4)接头连接：将经步骤(3)装配好的接头放入空气气氛的马弗炉中，以一定升温速度加热至连接温度，保温一定时间后快速冷却至室温；
[0016](5)接头退火：将焊接完成的接头再次在空气气氛的马弗炉中进行退火，然后随炉冷却至室温。
[0017]上述步骤(1)中，打磨抛光方法为：依次采用600#、1000#、1200#砂纸打磨，之后依次采用粒度为2.5μm、1.5μm、0.5μm的金刚石抛光液进行抛光。
[0018]上述步骤(2)中，玻璃焊料片的厚度为0.02
‑
0.1mm。
[0019]上述步骤(4)中，接头连接过程的升温速度为5
‑
20℃/min，连接温度为1400
‑
1550℃，保温时间为10
‑
30min；冷却过程中，在连接温度
‑
750℃之间的冷却速度高于40℃/min，降温至750℃以下后对冷却速度没有要求。
[0020]上述步骤(4)中，所述冷却方式为：可向马弗炉中通入惰性气体加快接头冷却，以保证接头冷却速度高于40℃/min；可将接头从炉中取出使其在空气中自然冷却；快速冷却的目的是防止玻璃焊料在冷却过程中产生晶化现象。
[0021]上述步骤(5)中，接头退火过程的加热速度为5
‑
20℃/min，退火温度为800
‑
860℃，退火时间为2
‑
5h。
[0022]本专利技术的设计机理及有益效果如下：
[0023]1、本专利技术的玻璃焊料中不含吸光离子，玻璃焊料本身透光性好。玻璃焊料中La2O3和BaO能够提高玻璃的折射系数，因此玻璃焊料的折射系数与YAG陶瓷接近。玻璃焊料中含有高含量的La2O3，能够保证玻璃焊料具有高软化温度，满足高温应用需要。玻璃焊料中添加K2O能进一步提高其热膨胀系数，进而使玻璃焊料的热膨胀系数与YAG陶瓷接近。
[0024]2、本专利技术获得的玻璃焊料在透明YAG陶瓷表面具有优异的润湿性，且该玻璃焊料的热膨胀系数与透明YAG陶瓷十分接近，因此接头强度高。
[0025]3、一方面，本专利技术获得的玻璃焊料的折射系数与YAG相近。另一方面，本专利技术通过设置合理的连接温度、保温时间及冷速速度，抑制了母材与焊料的界面反应及焊缝玻璃的晶化，进而获得了完全玻璃态的焊缝。上述两方面原因共同保证了接头良好的透光性。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于连接透明YAG陶瓷的玻璃焊料，其特征在于：所述玻璃焊料按重量百分比计的组分如下：La2O3：50％～60％，Al2O3：5％～10％，SiO2：10％～20％，B2O3：10％～20％，BaO：5％～10％，K2O：4％～8％，Y2O3：1％～6％。2.根据权利要求1所述的用于连接YAG陶瓷的玻璃焊料，其特征在于：所述YAG透明陶瓷为纯YAG透明陶瓷或者为发光离子掺杂的YAG透明陶瓷；所述发光离子为+3价稀土离子(Nd
3+
、Ho
3+
、Er
3+
、Tm
3+
、Yb
3+
等)和/或+3价过渡金属离子(Cr
3+
、V
3+
等)。3.根据权利要求1所述的用于连接YAG陶瓷的玻璃焊料，其特征在于：所述玻璃焊料采用熔融
‑
浇注法制备而成；所述熔融
‑
浇注法是按照“称量
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球磨
‑
烘干
‑
熔制
‑
浇注
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退火”的工艺路线制备玻璃焊料块；具体过程为：采用电子天平按玻璃焊料设计成分称量所需原料，称量好的原料放入球磨罐中球磨混合，球磨介质为去离子水或无水乙醇，球磨转速为400
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600r/min，球磨时间为2
‑
4h；球磨完成后对所得混合粉体进行烘干；干燥好的混合粉体放入铂金坩埚或刚玉坩埚中，然后放入空气气氛的马弗炉中加热至1500
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1600℃，保温1
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3h；随后，将所得玻璃熔体从马弗炉中取出并倒入不锈钢或铜模具中浇注成形；成形后的玻璃块立即放入已加热至800
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860℃的马弗炉中退火以消除内应力，方便加工。4.根据权利要求1所述的用于连接YAG陶瓷的玻璃焊料，其特征在于：制备玻璃焊料块的过程中，准备原料时B2O3由H3BO3引入，K2O由K2CO3引入，BaO由BaCO3引入，其他组分均为氧化物原料；各原料的纯度均高于99.9％。5.一种利用权利要求1所述玻璃焊料进行的透明...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱巍巍，于洋，任轶博，王书鹏，邹豪豪，韩英，冉旭，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：