一种氧化铝陶瓷与1060纯铝的低温连接方法技术

本发明专利技术提供了一种氧化铝陶瓷与1060纯铝的低温连接方法，以Bi2O3、B2O3、ZnO、MgO和TiO2为原料制成铋酸盐玻璃粉，再以铋酸盐玻璃粉与有机载体制成的玻璃焊膏为钎料，将氧化铝陶瓷与1060纯铝形成待焊连接件，在420～500℃的温度下钎焊处理，实现氧化铝陶瓷与1060纯铝的低温可靠连接；与现有技术相比，本发明专利技术的铋酸盐玻璃粉具有较低的玻璃化转变温度、玻璃软化温度和热膨胀系数，降低了其与纯铝的焊接温度，实现了氧化铝陶瓷与1060纯铝的低温连接，同时其热膨胀系数与氧化铝陶瓷更为接近，降低了焊缝的残余应力，提高了接头的强度；本发明专利技术工艺简单、成本低、变形小、绿色环保，属于异种材料焊接技术领域。焊接技术领域。焊接技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铝陶瓷与1060纯铝的低温连接方法


[0001]本专利技术涉及异种材料焊接
，尤其是涉及一种氧化铝陶瓷与1060纯铝的低温连接方法。

技术介绍

[0002]氧化铝陶瓷具有高硬度、优异的耐磨性和耐腐蚀性等优点，使之成为最广泛使用的工业陶瓷之一。纯铝作为一种仅次于钢铁被广泛应用的金属材料，具有轻质、高导电性能和高导热性能的优势。目前，氧化铝陶瓷与纯铝或铝合金的连接件已经被广泛应用于电子器件、汽车包装和轻量化零件制造等领域，例如，全铝汽车发动机中的陶瓷活塞和陶瓷挺柱就是氧化铝陶瓷与铝合金的连接件，因此，研究氧化铝陶瓷与纯铝或铝合金的连接技术具有重大的意义。
[0003]先前的研究表明，对陶瓷和纯铝进行连接时，需要先在陶瓷表面进行预金属化处理，形成金属薄膜，然后以金属薄膜为钎料，通过钎焊将两者连接起来，形成可靠的接头。然而，铝表面易形成一层致密的氧化铝薄膜，这会阻碍钎料在铝表面的润湿，从而降低焊接效率和焊接质量；此外，由于铝的熔点较低，仅为660℃，传统的活性金属钎焊方法所需要的焊接温度较高，不适合用于二者的连接；再者，氧化铝陶瓷与纯铝的热膨胀系数相差约3倍，这容易导致焊缝界面产生较大的残余应力，影响接头的强度。基于此，迫切需要研究一种合适的氧化铝陶瓷与纯铝的连接方法。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是提供一种氧化铝陶瓷与1060纯铝的低温连接方法，以解决现有的陶瓷与纯铝的连接方法存在的焊接效率较低、焊接质量较差、焊接温度较高、接头强度较低的技术问题。
[0005]本申请实施例提供了一种氧化铝陶瓷与1060纯铝的低温连接方法，包括以下步骤：
[0006](1)将Bi2O3、B2O3、ZnO、MgO和TiO2粉末混合均匀，经加热保温、水淬、研磨后，得到铋酸盐玻璃粉；
[0007](2)对1060纯铝的待焊接面进行打磨、清洗、烘干，然后加热保温对其进行预氧化处理；
[0008](3)对氧化铝陶瓷的待焊接面进行机械打磨、抛光、清洗、烘干；
[0009](4)将铋酸盐玻璃粉与有机载体混合均匀制成玻璃焊膏，并均匀涂敷在氧化铝陶瓷及1060纯铝的待焊接面上，随后对向接触放置，得到待焊连接件；
[0010](5)将待焊连接件加热至焊接温度后进行保温处理，然后冷却，最终得到氧化铝陶瓷
‑
1060纯铝焊接接头。
[0011]优选的，步骤(1)中，所述铋酸盐玻璃粉包括如下质量百分数的组分：Bi2O3的含量为50～60％，B2O3的含量为30～35％，ZnO的含量为5～10％，MgO的含量为1～5％，TiO2的含
量为1～5％。
[0012]优选的，步骤(1)中，加热至1150～1200℃，保温60min。
[0013]优选的，步骤(1)中，研磨后经过300目过筛，得到直径为46～50μm的铋酸盐玻璃粉。
[0014]优选的，步骤(2)中，清洗的方式为超声波振动清洗，将1060纯铝依次置于丙酮溶液和无水乙醇中进行超声波振动清洗，清洗时间为10～15min。
[0015]优选的，步骤(2)中，以10℃/min的加热速率加热至400～550℃，保温1～4h。
[0016]优选的，步骤(3)中，抛光至氧化铝陶瓷待焊接面的表面粗糙度为0.08～0.10μm；清洗的方式为超声波振动清洗，将氧化铝陶瓷依次置于丙酮溶液和无水乙醇中进行超声波振动清洗，清洗时间为10～15min。
[0017]优选的，步骤(4)中，所述有机载体由松油醇、乙基纤维素、乙酸乙酯、1
‑
2丙二醇、大豆卵磷脂按照质量比65:5:15:7.5:7.5混合而成，所述铋酸盐玻璃粉与所述有机载体的质量比为7.5:1。
[0018]优选的，步骤(4)中，玻璃焊膏的涂覆厚度为90～120μm。
[0019]优选的，步骤(5)中，焊接前先对待焊连接件进行预热处理，以5～8℃/min的升温速率加热至250℃，保温10～60min；焊接时以5～8℃/min的升温速率加热至420～500℃，在焊接温度下保温10～40min。
[0020]本专利技术提供了一种氧化铝陶瓷与1060纯铝的低温连接方法，以Bi2O3、B2O3、ZnO、MgO和TiO2为原料制成铋酸盐玻璃粉，再以铋酸盐玻璃粉与有机载体制成的玻璃焊膏为钎料，将氧化铝陶瓷与1060纯铝形成待焊连接件，在420～500℃的温度下钎焊处理，实现氧化铝陶瓷与1060纯铝的低温可靠连接；
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0022](1)本专利技术的铋酸盐玻璃粉具有较低的玻璃化转变温度(T
g
＝320℃)、玻璃软化温度(T
f
＝355℃)和热膨胀系数(7.5～10
×
10
‑6K
‑1)，降低了其与纯铝的焊接温度，实现了氧化铝陶瓷与1060纯铝的低温连接，同时其热膨胀系数与氧化铝陶瓷更为接近，降低了焊缝的残余应力，提高了接头的强度；
[0023](2)本专利技术的铋酸盐玻璃粉增加了MgO和TiO2两种原料，TiO2中的钛在玻璃网络中以Ti
4+
的形式存在，增大了玻璃中氧原子的堆积密度，提高了玻璃网络结构的紧密性，从而提高了玻璃的热稳定性；MgO的存在能提高玻璃的化学稳定性和机械强度，并能降低玻璃的结晶倾向，避免玻璃由于析晶而变脆；MgO和TiO2的添加提高了接头的强度，实现了氧化铝陶瓷与1060纯铝的可靠连接；
[0024](3)本专利技术通过对1060纯铝进行预氧化处理，提高了钎料在铝表面的润湿，解决金属表面氧化膜对钎焊过程产生不利影响的技术问题，提升了1060纯铝与玻璃钎料的封接工艺的密封性，从而提高了焊接效率和焊接质量；
[0025](4)本专利技术通过对待焊连接件进行预热处理，使得有机载体能充分挥发，避免焊接接头中产生气孔，提高接头的质量和强度；
[0026](5)本专利技术工艺简单、成本低、变形小、绿色环保，氧化铝陶瓷
‑
1060纯铝焊接接头的室温抗剪强度为14～24MPa，钎焊接头组织致密，保证了氧化铝陶瓷与1060纯铝连接的可靠性。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本申请实施例10中氧化铝陶瓷
‑
1060纯铝焊接接头的微观组织图；
[0029]图2为本申请对比例1中氧化铝陶瓷
‑
1060纯铝焊接接头的微观组织图。
[0030]图中符号说明：
[0031]1.氧化铝陶瓷；2.1060纯铝。
具体实施方式
[0032]为了使本申请所要解决的技术问题本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝陶瓷与1060纯铝的低温连接方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将Bi2O3、B2O3、ZnO、MgO和TiO2粉末混合均匀，经加热保温、水淬、研磨后，得到铋酸盐玻璃粉；(2)对1060纯铝的待焊接面进行打磨、清洗、烘干，然后加热保温对其进行预氧化处理；(3)对氧化铝陶瓷的待焊接面进行机械打磨、抛光、清洗、烘干；(4)将铋酸盐玻璃粉与有机载体混合均匀制成玻璃焊膏，并均匀涂敷在氧化铝陶瓷及1060纯铝的待焊接面上，随后对向接触放置，得到待焊连接件；(5)将待焊连接件加热至焊接温度后进行保温处理，然后冷却，最终得到氧化铝陶瓷
‑
1060纯铝焊接接头。2.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷与1060纯铝的低温连接方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铋酸盐玻璃粉包括如下质量百分数的组分：Bi2O3的含量为50～60％，B2O3的含量为30～35％，ZnO的含量为5～10％，MgO的含量为1～5％，TiO2的含量为1～5％。3.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷与1060纯铝的低温连接方法，其特征在于，步骤(1)中，加热至1150～1200℃，保温60min。4.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷与1060纯铝的低温连接方法，其特征在于，步骤(1)中，研磨后经过300目过筛，得到直径为46～50μm的铋酸盐玻璃粉。5.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷与1060纯铝的低温连接方法，其特征在于，步骤(2)中，清洗的...

【专利技术属性】
技术研发人员：付伟，薛伊迪，宋晓国，龙伟民，于树昊，胡胜鹏，卞红，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：