可焊陶瓷的Ｓn基活性軟釬料制造技術

本發明專利技術屬于焊接技術領域，即提供了一種適用于陶瓷材料與金屬材料直接焊接的Ｓｎ基活性釬料，本發明專利技術提出的釬料合金的配方如下（原子百分比）：活性元素第三組元Ｓｎ０．５～１００～４０％余量其中活性元素指Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ或其復合，第三組元指Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｉｎ或其復合。本發明專利技術可用于氧化物陶瓷及非氧化物陶瓷與金屬的直接釬焊，且所獲接頭連接牢固，殘余應力較低。（*該技術在2012年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于焊接
，具體地說就是提供了一種Sn基活性釬料，適用于各種陶瓷材料與金屬的直接釬焊。軟釬焊是一種用途很廣的實用技術，十分適用于制造對接頭強度和使用溫度要求不太高的中、小金屬零件，特別是金屬導線的連接，普通的軟釬料，如Sn-Pb，Sn-Bl等合金的一個主要缺點，是它們在金屬氧化物表面均既不潤濕也不粘附。而一般金屬表面在空氣中氧化速度極快，所以實際使用這些釬料釬焊時常常需要采用合適的釬劑，如加無機鹽或無機酸(包括氯化鋅、氯化銨、氯化亞錫、氯化鈉和氯化鉀、氯化鉀、氟硼酸等)，以及有機釬劑如松香等除去金屬表面的一層薄氧化膜并加以保護新鮮表面，才能使釬料在金屬表面發生很好的潤濕和粘附。這些釬劑不但腐蝕工件、污染環境，而且也增加了焊后處理的困難。特別地，由于普通軟釬料在陶瓷上根本不潤濕，所以采用這些釬料釬焊陶瓷材料是不可能的，一種間接釬焊技術，即陶瓷表面采用物理或化學方法預鍍一層金屬膜層，例如EP016030lA2所提供的技術，可以實現金屬與陶瓷的釬焊，這種技術路線的缺點是顯而易見的，即不但技術上十分復雜，而且生產成本也迅速提高。一種金屬與陶瓷直接釬焊的技術，即采用如GB2066291A、EP1044623A2和EP0135603A1所提供的活性金屬釬料，由于這些釬料可在陶瓷表面上潤濕和粘附，所以它們能夠對未金屬化的陶瓷直接進行釬焊，在技術上的優點是顯而易見的，但這些技術的一個重要缺陷是由于這些釬料具有較高的熔點和強度，所以其所焊接的金屬/陶瓷接頭中殘余應力很高，在這一高殘余應力作用下，接頭附近的陶瓷材料損傷嚴重，所焊接頭常常在陶瓷一側低應力破斷。在某些場合，甚至接頭焊后冷卻中，接頭附近的陶瓷中即產生開裂而自行破斷。為了避免高的殘余應力，GB2151173A提出采用一層軟性夾層來松弛可能的殘余應力。然而，由于中間層的插入，使接頭設計復雜化，連接界數增加，并由此而產生一系列附加的焊接冶金問題。本專利技術的目的在于提供一種軟性的活性金屬釬料，使得在無釬劑和陶瓷表面不予先金屬化的情況下這些釬料能直接在陶瓷上潤濕和粘附，并保持接頭有較低的焊接殘余應力，以方便的制造適合各種目的金屬與陶瓷焊接接頭。本專利技術的特征為一種以Sn為主的二元或三元合金，Sn的含量在59at%以上，配方如下(原子百分比)其中活性元素指Ti，Zr，V，Hf或它們的復合，其含量范圍分述如下Ti 1～10%，以3～5%最佳;Zr 1～10%，以2～5%最佳;V 1～8%以2～5%最佳;Hf 0.5～8%，以2～5%最佳。當活性元素為幾種元素的復合時，添加總量的上限不大于其中單一元素含量最低的上限。第三組元指Ag，Cu，Ni，In其中的一種或它們的復合，含量范圍分述如下Ag 0～30%，以5～10%最佳;Cu 0～40%，以5～10%最佳;Ni 0～8%，以0.5～2%最佳;In 0～30%，以5～10%最佳。當第三組元為幾種元素的復合時，添加總量的上限應不大于其中單一元素含量最高的上限。本專利技術提供的釬料可以采用合適的方法，如真空熔煉或氬氣保護下的鎢弧熔煉加以制備，當本釬料用于陶瓷的釬焊時，需在真空或惰性氣體保護條件下進行，溫度范圍為1000K～1300K。本釬料在多種陶瓷表面有良好的可潤濕性，對未經預先金屬化處理的陶瓷表面，釬料的潤濕角可低于20度以下，同時釬料在陶瓷上有很好的連接強度，用小接頭(3×4×40)四點彎曲法測定，一般可達40MPa，在某些情況下最高可達150MPa。本專利技術提供的釬料對陶瓷材料有較廣的適應性，包括氧化物陶瓷，例如氧化鋁、剛玉、氧化鎂、莫來石、氧化鋯、石英等，及非氧化物陶瓷如金剛石、石墨、氮化硅、塞隆和碳化硅等，下面詳述實施例。實施例1配制一種成份為5%Ti，5%Cu其余為Sn的合金，在真空中熔煉均勻，冷卻后得到一種延性良好的三元活性釬料，這種釬料可以用普通的機械加工方法制成釬料片。取一片釬料片置于塞隆陶瓷(Sl3N4+少量Al2O3和Y2O3)之間，真空下加熱到1100K保溫20mln，釬料在陶瓷表面潤濕良好，其均勻的填滿釬縫，形成釬腳，并得到了牢固的焊接接頭。實施例2配制一種成份為4%Hf，0.36Ni，其余為Sn的合金，在Ar氣保護下，用鎢電弧熔煉均勻。取一小塊釬料置于棕剛玉陶瓷(Al2O3+3wt%Cr2O3)上，在真空下加熱至1200K保溫20mln后，釬料在陶瓷表面潤濕性良好，并實現牢固的粘附。權利要求1.一種Sn基二元或三元活性軟釬料，特別適用于金屬與陶瓷的直接焊接，其特征在于Sn含量大于59at%，同時添加有活性元素和第三組元，釬料的配方如下(原子百分比)活性元素 第三組元 Sn0.5～10 0～40%余量2.按權利要求1所述的活性軟釬料，其特征在于活性元素指下列一種元素、或幾種元素的復合Ti，Zn，V，Hf。3.按權利要求2所述活性軟釬料，其特征在于活性元素單獨添加時其范圍如下Ti 1～10% Zr 1～10%V 1～8% Hf 0.5～8%4.按權利要求2所述活性軟釬料，其特征在于活性元素單獨添加時其最佳范圍如下Ti 3～5% Zr 2～5%V 2～5% Hf 2～5%5.按權利要求2所述活性軟釬料，其特征在于活性元素為幾種復合添加時，總量的上限不大于其中一種元素單獨添加時最低的上限。6.按權利要求1所述活性軟釬料，其特征在于第三組元為下列一種元素，或幾種元素的復合Ag，Cu，Ni，In。7.按權利要求6所述活性軟釬料，其特征在于第三組元單獨添加時，其含量范圍如下Ag 0～30% Cu 0～40%Ni 0～8% In 0～30%8.按權利要求6所述的活性軟釬料，其特征在于第三組元為幾種元素復合添加時，其加入總量的上限應不大于其中一種元素單獨添加時最高值的上限。9.按權利要求1、2、6所述活性軟釬料，其特征在于所述釬料用于陶瓷焊接時，需在真空或保護性氣氛中進行，釬焊溫度在1000～1300K范圍內。全文摘要本專利技術屬于焊接
，即提供了一種適用于陶瓷材料與金屬材料直接焊接的Sn基活性釬料，本專利技術提出的釬料合金的配方如下(原子百分比)活性元素 第三組元 Sn0.5～10 0～40％ 余量其中活性元素指Ti，Zr，V，Hf或其復合，第三組元指Ag，Cu，Ni，In或其復合。本專利技術可用于氧化物陶瓷及非氧化物陶瓷與金屬的直接釬焊，且所獲接頭連接牢固，殘余應力較低。文檔編號B23K35/22GK1077151SQ9210612公開日1993年10月13日 申請日期1992年4月11日 優先權日1992年4月11日專利技術者冼愛平, 斯重遙 申請人:中國科學院金屬研究所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種Ｓｎ基二元或三元活性軟釬料，特別適用于金屬與陶瓷的直接焊接，其特征在于Ｓｎ含量大于５９ａｔ％，同時添加有活性元素和第三組元，釬料的配方如下（原子百分比）：活性元素第三組元Ｓｎ０．５～１００～４０％余量。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：冼愛平，斯重遙，
申請(專利權)人：中國科學院金屬研究所，
類型：發明
國別省市：89[中國|沈陽]