一種用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置及其焊接方法制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置及其焊接方法，所述擴散焊接裝置包括難熔金屬發熱體、保溫材料層、感應線圈和進氣管，還包括一對固定組件，用于固定待焊接的藍寶石板，且能夠對藍寶石板兩端均勻施加壓力；擴散焊接時，通過進氣管通入體積比為1:1000的O

Diffusion welding device for large-size sapphire light window and welding method thereof

The invention relates to a welding device and welding method for diffusion of large size sapphire optical window, the diffusion welding device comprises a refractory metal heating element, a heat insulating material layer, the induction coil and the air inlet pipe, also includes a pair of fixed components, used for sapphire plate fixed to be welded, and can be evenly applied on sapphire plate ends pressure; diffusion welding, the volume ratio of 1:1000 O through the air inlet pipe

【技術實現步驟摘要】
一種用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置及其焊接方法
本專利技術屬于晶體生長
，涉及一種藍寶石光窗的焊接裝置，特別涉及一種空間帶折彎角度的大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置，還涉及用該擴散焊接裝置焊接藍寶石板的方法。
技術介紹
藍寶石的組成為氧化鋁(Al2O3)，是由三個氧原子和兩個鋁原子以共價鍵型式結合而成，其晶體結構為六方晶格結構。由于藍寶石具有抗高馬赫氣流、耐高溫、抗腐蝕、高硬度、高透光性、熔點高(2045℃)等特點，尤其中波紅外波段透過率高達到80％以上，因此被用于條件苛刻的紅外成像窗口玻璃。利用藍寶石作為紅外成像窗口玻璃的常見的場合是飛機和船舶等。由于實際應用中往往需求空間帶折彎角度的大尺寸紅外成像窗口，而常見的藍寶石連接方式，如化學粘結、金屬焊料焊接、玻璃焊接、金屬結構固定和擴散焊接等，其連接強度由50MPa至200MPa不等，除擴散焊接之外，其他焊縫強度往往達不到藍寶石自身強度(200MPa)，同時由于采用金屬、玻璃或化學粘結劑等連接方式，對于連接處也有各種影響，粘結劑通常不耐高溫，金屬連接對成像造成一定影響，而玻璃焊接其焊縫強度由玻璃限制，因此比較各種連接方式，擴散焊接相對具有一定優勢。國內亦有一些科研院所，對厚度3mm-10mm寬度不超過100mm的藍寶石板片進行焊接，然而其焊接方式多采用水平固定兩端加壓的方式，無法解決帶角度焊接的需求。雖然也有專利指出(201510956722.9)，選用特殊焊接材料以降低焊接溫度而確保焊接強度，降低焊接工藝難度，然而這并未從根本上解決實際應用場合中，對于多角度大尺寸紅外成像光窗，無法采用藍寶石材料的矛盾。因此市場上急需一種空間帶折彎角度的大尺寸藍寶石光窗擴散焊接的裝置和方法。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種能夠實現帶折彎角度的大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置和方法，既保證帶折彎角度焊接的同時，也可保證焊縫和焊縫周圍的藍寶石板在焊接后應力小、耐老化，且避免藍寶石板在焊接過程中受到環境雜質的侵蝕。為解決上述技術問題，本專利技術的技術方案為：一種用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置，所述大尺寸藍寶石光窗由兩塊大尺寸藍寶石板通過擴散焊接形成一折彎結構，且折彎結構的折彎角度為0～180°；其創新點在于：所述擴散焊接裝置包括一折彎結構的難熔金屬發熱體，所述難熔發熱體中心開有與大尺寸藍寶石光窗相配合的嵌入槽；一保溫材料層，所述保溫材料層包覆在難熔金屬發熱體外表面，且保溫材料層的幾何對稱中心與難熔發熱體的幾何對稱中心重合；所述保溫材料層的側壁設有一連接孔，且保溫材料層的兩端對稱開有方形通孔；在保溫材料層的前側壁的中心開有一通透方孔，所述通透方孔的形狀與大尺寸藍寶石光窗的形狀一致；一感應線圈，所述感應線圈設置在保溫材料層的折彎處；一進氣管，所述進氣管的一端與保溫材料層側壁的連接孔連接，進氣管的另一端與外接氣源連接；還包括一對固定組件，所述固定組件設置在保溫材料層兩端的方形通孔中，用于固定需擴散焊接的大尺寸藍寶石板。進一步地，所述感應線圈為一U型結構，且U型感應線圈的開口方向與嵌入槽的開口方向一致。進一步地，所述難熔金屬發熱體的外側壁上還均勻分布有若干個圓孔。進一步地，所述難熔金屬選用鉬、鎢、銥或鎢鉬合金中的一種。進一步地，所述保溫材料層由熱導率低的金屬氧化物制備成。進一步地，所述金屬氧化物選用ZrO2或Y2O3中的一種。一種采用上述的用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置的焊接方法，其創新點在于：所述焊接方法包括如下步驟：(1)將多晶氧化鋁切片垂直設置在難熔金屬發熱體中心，然后將兩塊大尺寸藍寶石板焊接端分別由保溫材料層兩端的方形通孔插入難熔金屬發熱體中心，使兩塊大尺寸藍寶石板端頭壓住多晶氧化鋁切片；(2)利用固定組件向暴露在保溫材料層外的藍寶石板兩端均勻施加0.1MPa-100MPa壓力，使焊接端壓緊多晶氧化鋁切片；(3)打開進氣管，向擴散焊接裝置通入體積比為1:1000的O2和Ar的混合氣體；(4)打開電源，將難熔金屬發熱體以50℃/hr-200℃/hr升溫至1500℃-2000℃，保溫1hr至20hr，同時保持兩端均勻施壓，對兩塊大尺寸藍寶石板進行擴散焊接；(5)焊接完成后，將難熔金屬發熱體以50℃/hr-200℃/hr降至室溫，關閉電源取出完成焊接的藍寶石光窗。進一步地，所述大尺寸藍寶石板焊接端面為M面，與保溫材料層的方形通孔長邊平行的面為應用面A面，且焊接面M面與應用面A面均經過研磨和拋光處理。進一步地，所述多晶氧化鋁切片由Al2O3粉體、SiO2、MgO和Ti粉體壓制而成厚度為100μm至500μm的切片，所述Al2O3粉體的重量含量≥90％，SiO2、MgO和Ti粉體的總重量含量≤10％；且所述Al2O3粉體選用粒徑為0.1μm-10μm的粉體，SiO2、MgO和Ti粉體均選用粒徑＜5μm的粉體。本專利技術的優點在于：(1)本專利技術用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置，利用感應線圈將電磁能傳遞至難熔金屬發熱體上，使藍寶石焊縫處獲得高溫；由于難熔發熱體中心開有與大尺寸藍寶石光窗相配合的嵌入槽，使得難熔金屬發熱體方兩端成角與藍寶石光窗角度一致，金屬發熱體既作為發熱器加熱又能起到限定藍寶石板的作用，在實現了多角度擴散焊接同時，為藍寶石板材兩端施加壓力提供了導向保護作用，防止藍寶石板承壓滑移，造成局部應力不均勻；且在保溫材料層的前側壁的中心開有一通透方孔，可方便觀察放置于難熔金屬發熱體中的藍寶石光窗是否放置到位，同時，也方便擴散焊接后的藍寶石光窗能夠順利取出；(2)本專利技術用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置，其中，感應線圈選用U型結構，在實際操作過程中，感應線圈的截面形狀能夠決定感應電流的分布情況，且選用U型結構的感應線圈的開口方向與嵌入槽的開口方向一致，進而保證了焊縫處的溫度分布均勻，從而保證了焊接的質量；(3)本專利技術用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置，其中，難熔金屬發熱體側壁上均勻分布有若干個圓孔，能夠有效調整發熱體上的電流走向與分布，精確控制發熱體溫度分布從而調整藍寶石焊縫處的溫度梯度，確保藍寶石焊縫熱應力降至最低，提高了焊縫的質量；另外，圓孔起到氣體導流的作用，使混合氣體流動更加均勻，避免了雜質在晶體表面層積和滲透；(4)本專利技術用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置，其中，難熔金屬選用鉬、鎢、銥或鎢鉬合金中的一種，這些材料的耐高溫性能相對于其他金屬材料，性能更佳；保溫材料層由熱導率低的金屬氧化物制備成，金屬氧化物優選ZrO2或Y2O3，相對于其他金屬氧化物，保溫性能更佳；(5)本專利技術用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置的焊接方法，其中，向難熔金屬發熱體通入體積比為1:1000的O2和Ar的混合氣體能夠有效避免金屬氧化物高溫分解氧氣或藍寶石高溫分解氧氣，保護了藍寶石光窗焊接端面和應用面的質量；(6)本專利技術用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置的焊接方法，其中，選用由Al2O3粉體、SiO2、MgO和Ti粉體壓制而成的多晶氧化鋁切片，與傳統多晶氧化鋁切片相比，焊接效果好，易于焊接均勻，焊接后機械強度好，焊接時所需溫度較低，不影響原有藍寶石材料的性能。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。圖1是本專利技術用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置的結構示意本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置，所述大尺寸藍寶石光窗由兩塊大尺寸藍寶石板通過擴散焊接形成一折彎結構，且折彎結構的折彎角度為0～180°；其特征在于：所述擴散焊接裝置包括一折彎結構的難熔金屬發熱體，所述難熔發熱體中心開有與大尺寸藍寶石光窗相配合的嵌入槽；一保溫材料層，所述保溫材料層包覆在難熔金屬發熱體外表面，且保溫材料層的幾何對稱中心與難熔發熱體的幾何對稱中心重合；所述保溫材料層的側壁設有一連接孔，且保溫材料層的兩端對稱開有方形通孔；在保溫材料層的前側壁的中心開有一通透方孔，所述通透方孔的形狀與大尺寸藍寶石光窗的形狀一致；一感應線圈，所述感應線圈設置在保溫材料層的折彎處；一進氣管，所述進氣管的一端與保溫材料層側壁的連接孔連接，進氣管的另一端與外接氣源連接；還包括一對固定組件，所述固定組件設置在保溫材料層兩端的方形通孔中，用于固定需擴散焊接的大尺寸藍寶石板。

【技術特征摘要】
1.一種用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置，所述大尺寸藍寶石光窗由兩塊大尺寸藍寶石板通過擴散焊接形成一折彎結構，且折彎結構的折彎角度為0～180°；其特征在于：所述擴散焊接裝置包括一折彎結構的難熔金屬發熱體，所述難熔發熱體中心開有與大尺寸藍寶石光窗相配合的嵌入槽；一保溫材料層，所述保溫材料層包覆在難熔金屬發熱體外表面，且保溫材料層的幾何對稱中心與難熔發熱體的幾何對稱中心重合；所述保溫材料層的側壁設有一連接孔，且保溫材料層的兩端對稱開有方形通孔；在保溫材料層的前側壁的中心開有一通透方孔，所述通透方孔的形狀與大尺寸藍寶石光窗的形狀一致；一感應線圈，所述感應線圈設置在保溫材料層的折彎處；一進氣管，所述進氣管的一端與保溫材料層側壁的連接孔連接，進氣管的另一端與外接氣源連接；還包括一對固定組件，所述固定組件設置在保溫材料層兩端的方形通孔中，用于固定需擴散焊接的大尺寸藍寶石板。2.根據權利要求1所述的用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置，其特征在于：所述感應線圈為一U型結構，且U型感應線圈的開口方向與嵌入槽的開口方向一致。3.根據權利要求1所述的用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置，其特征在于：所述難熔金屬發熱體的外側壁上還均勻分布有若干個圓孔。4.根據權利要求1所述的用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置，其特征在于：所述難熔金屬選用鉬、鎢、銥或鎢鉬合金中的一種。5.根據權利要求1所述的用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置，其特征在于：所述保溫材料層由熱導率低的金屬氧化物制備成。6.根據權利要求5所述的用于大尺寸藍寶石光窗的擴散焊接裝置，其特征在于：所述金屬氧化物選用ZrO2或...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬遠，吳勇，周健杰，
申請(專利權)人：江蘇中電振華晶體技術有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32