[发明专利]一种钎料合金粉末及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于阴极高温钎料粉末技术领域，涉及一种Mo-Ru-B合金成分的钎料粉末及其制造方法，特别是涉及新的钎料成分和电子束熔炼提纯—等离子旋转电极雾化制粉—气流磨法破碎制造超细Mo-Ru-B钎料合金粉末的制备工艺。

背景技术

阴极被人们称为是真空电子器件的心脏，主要分为冷阴极和热阴极两种，热阴极的工作温度一般在1100℃以上。而且在热阴极的工作过程中，热子的大部分热量是通过Mo支撑筒传导给电子发射组件(W基海绵体)，因此热阴极的W基海绵体和Mo支撑筒之间的焊接是阴极制造中的关键工序。目前焊接方式主要有激光焊接、电子束焊接和钎焊这三种。激光焊接速度快，深度大，变形小，但是由于焊头周围Ar气氛围小，容易造成工件的氧化，甚至熔化W海绵体里的铝酸盐，使用有局限性；电子束焊接高速高效，但设备体积庞大昂贵，要求有特殊的焊接结构，且易使支撑筒融化变形，使用也有局限性；钎焊则由于其相对成熟的工艺，良好的焊接质量和较高的生产效率而广泛采用。图1是阴极W基海绵体和Mo支撑筒间钎焊的结构示意图。

阴极的高工作温度，高真空度要求，及其易被毒化的特性，对钎焊的钎料的特性提出了限制区间：①钎料要有较高的熔点，最少在1400℃以上；②钎料的高温饱和蒸汽压低；③钎料成分中无对阴极有害的成分；④钎料与W基海绵体及Mo支撑筒的润湿性良好；⑤钎料成分均匀稳定，固液相温差小，焊接特性良好。目前，有多种能够用于阴极钎焊的钎料，如Mo-Ru体系，W-Co体系，Mo-Co体系，Mo-Ni体系，Ni-B体系，其中Mo-Ru体系合金钎料以其低的高温蒸汽压、对阴极无毒害作用及良好的母材润湿性等优异特点而得到广泛应用。

Mo-Ru合金钎料成分位于Mo-Ru共晶成分(Mo-43.3wt％Ru)附近，见图2，钎料的熔点在1920～1980℃。国内外有多篇专利提到了其制备方法。专利1(专利号：U.S.Patent 4859236)的Mo-Ru合金成分(质量分数)为：35～50％的Ru，余量为Mo，使用MoO₃和RuO₂通过化学共沉淀法制得，粒度为-325目(约45μm)；专利2(专利号：CN 101890503A)的Mo-Ru合金成分(质量分数)为：58～56％的Mo，42～44％的Ru，使用RuCl₃与钼酸铵通过化学共沉淀法制得，粒度小于10μm。两个专利都采用了化学共沉淀法，是因为Mo-Ru合金钎料熔点较高，常规熔炼—机械破碎的方法难以制备，且常规方法制得的钎料成分不均，颗粒较大，不能满足工艺要求，但化学共沉淀法制得的钎料粉末中含有一定比例的Mo、Ru单质(＞10wt％)，会使钎料的固液相线温差增大，钎焊工艺性变差。

同时由于Mo-Ru合金钎料的熔点较高，在阴极的氢气(或真空)钎焊时对于设备的要求高，因此国外有专利(专利号：EP 2233241 A1)研制新型焊料(Mo-B-C体系)以期得到性能优异，价格低廉，钎焊温度较低的钎焊料。钎料成分(质量分数)：1～3.5％的C，1～3.5％的B，余量为Mo。

发明内容

本发明提供的钎料体系，能够较有效地降低阴极的焊接温度(钎料的熔流点温度为1650～1700℃)，在满足阴极钎焊要求的，同时解决现有钎料由于温度过高而对于设备的高要求。提出的钎料制造工艺能够有效地降低钎料中的杂质，制得颗粒细小，成分均匀的钎料，提高钎料的焊接性能。

本发明提供的Mo-Ru-B体系合金钎料粉末，该钎料粉末由Mo、Ru和B组成，各成分按质量百分比如下：Mo为49.0～56.0％，Ru为39.0～46.0％，B为2.0～5.0％。如图3，图4这两张相图所示，少量B的加入能够显著地减低合金的熔流点。

本发明制备得到的Mo-Ru-B钎焊合金粉末，粒度微细(90％粒度≤10μm)，这有利于钎料在精细构件(如阴极)上的涂覆，提高钎料的使用工艺性能。同时98％以上的颗粒是Mo-Ru-B三元合金，使得钎料内部Mo、Ru和B原子的分布能够有高的均匀性，能够减小钎料固液相线温差，有利于控制钎料熔化和提高钎焊特性。

本发明的Mo-Ru-B钎料合金粉末制备方法的主要步骤如下：

首先对高纯、超细的Mo粉、Ru粉、B粉进行烧氢除杂处理，按Mo-Ru-B钎料设计的成分配料、混粉、造粒；

通过冷等静压技术对造粒后的混合粉末压制成预制棒，并在氢气气氛保护条件下脱蜡、烧结；在高温烧结的过程中，各组元相互扩散，使钎料预制棒预合金化并基本达到致密。所得的钎料预制棒无宏观成分偏析，微观成分均匀。