[发明专利]焊接合金

说明书

技术领域

本发明涉及焊接合金，具体地，涉及组成包含至少两种低共熔合金组分的焊接合金。所述焊接合金适合于在金属、陶瓷、玻璃或玻璃-陶瓷之间形成焊接接头。本发明还涉及使用所述焊接合金连接两件工件的方法。

背景技术

以下关于本发明背景技术的论述意在促进对本发明的理解。但是，应理解，此论述不确认或不承认任何所述的材料在本申请的优先权日在任何权限中是发表的、已知的、或者是部分的公知常识。

焊接是常用于通过焊接接头连接装置或工件的成熟方法。通常，工件的表面是干净的，然后在此焊接接头处施用焊接合金。这是为了确保此表面没有任何氧化物层并且使此焊接合金与此工件良好接触。

此外，在由锡-铅组成的早期焊接合金组合物，需要助焊剂(flux)添加剂防止焊接接头处的氧化，其中氧化引起焊接接头劣化。

另外，此类锡-铅焊接合金，虽然具有约200℃的低焊接温度，但是不足以对润湿性差的工件的表面进行润湿。此类工件包括陶瓷、玻璃和玻璃-陶瓷材料。改进此类工件的润湿性的几种尝试包括在焊接合金中掺入钛。此类焊接合金改进在润湿性差的表面如陶瓷上的润湿。然而，由于钛的高熔点，需要高于600℃的高焊接温度。此外，此焊接需要在高真空度中或使用保护气体进行。

因此，期望提供克服或至少缓和上述问题的焊接合金。

发明内容

在整个文件中，除非另外相反地说明，术语“包括”、“由…组成”等应解释为非封闭的，换言之，意即“包括但不限于”。

本发明的第一个方面，提供组成包括至少两种低共熔合金组分的焊接合金。

本发明的第二个方面，提供通过焊接接头连接至少两件工件的方法。所述方法包括，在待连接的至少两件工件之间的焊接接头处提供如本发明的第一个方面所述的焊接合金，在焊接环境中在低于230℃的焊接温度下加热所述焊接合金，然后将加热过的焊接合金冷却由此形成所述焊接接头。

本发明的第三个方面，在待连接的至少两件工件之间提供焊接接头，所述焊接接头包括如本发明的第一个方面所述的焊接合金。

发明详述

本发明涉及组成包括至少两种低共熔合金组分的焊接合金。所述焊接合金适合于在金属、陶瓷、玻璃或玻璃-陶瓷之间形成焊接接头。

根据本发明的第一方面，提供组成包括至少两种低共熔合金组分的焊接合金，其中所述低共熔合金组分可以是二元、三元或四元的。

选择所述低共熔合金组分，使得所得的焊接合金的熔融温度低于230℃，更优选地，低于200℃。各低共熔合金组分可以选自：Sn-Zn、Sn-Bi、Sn-Cu、Sn-Ag、Al-Si、Sn-Ag-Cu、Sn-Ag-Cu-Bi和Sn-Ag-In-Bi。还可以是本领域技术人员已知的其它低共熔组分。

除了所述低共熔组分之外，所述焊接合金中还可以包含单质金属。添加此类单质金属以改进表面光泽、保存稳定性，或者减小在焊接接头处焊接合金的表面张力。单质金属包括但不限于Ag、Cu、Fe、In、Mg、Mn和它们的混合物。

在本发明的第二个方面，提供通过焊接接头连接至少两件工件的方法。所述方法包括在待连接的至少两件工件之间的焊接接头处提供如本发明的第一个方面所述的焊接合金。所述工件可以是金属、陶瓷、玻璃或玻璃-陶瓷。

然后在焊接环境中在低于230℃的焊接温度下加热此焊接合金。在所述低共熔组分中的金属是反应活性的，因此能够防止在焊接接头处发生氧化。故此在所述焊接合金中不需要助焊剂添加剂。此外，所述焊接可以在大气环境如含有氧的大气中进行。再者，不需要保护气体，因为所述焊接可以在非-高真空和低温度环境下进行。

在此焊接温度下，在这两件工件之间的焊接接头的区域内，所述焊接合金开始熔解和熔合。在所述焊接接头的界面产生由所述焊接合金中的金属和所述工件形成的金属间相。在此润湿现象之后，所述工件的润湿性被改进。最后，将熔合的焊接合金冷却由此形成所述焊接接头。冷却时，所述熔合的焊接合金固化并且牢固地连接这两件工件。优选地，相对缓慢地冷却所述熔合的焊接合金，特别是当所述工件具有显著不同的热膨胀系数时；否则在快速和/或不均匀冷却的情况中，在所述焊接接头处或者在所述工件本身内可能形成裂缝。

具体实施方式

实施例

实施例1

使用可商购的Sn-Zn低共熔组分和Al-Si低共熔组分作为形成本发明的焊接合金的二元低共熔组分。

在感应炉中，将99.5重量％的Sn-Zn低共熔组分与0.5重量％的Al-Si组分混合。在真空中将此混合物熔融以防止被氧和氮污染。然后冷却此熔融物形成糊状的所述焊接合金。