[发明专利]钎焊异组分W-Cu合金的钎料及制备方法和钎焊方法

说明书

技术领域

本发明涉及钎焊异组分W-Cu合金的钎料及制备方法和钎焊方法，属于异质材料焊接技术领域。

背景技术

W-Cu合金综合了钨和铜的优异性能，具有良好的导电导热和低热膨胀系数等特点，在大功率器件中常作为一种热沉材料。但随着微波半导体器件不断小型化、高度集成、高功率的发展而导致的高发热率，现有的均质W-Cu合金很难满足电子基板散热性能方面的要求。如果将两种所需不同成分的W-Cu合金连接起来，则可以很好地解决这一问题。钎焊这种固液相连接方法是连接异种材料的首选方法之一。两种不同成分W-Cu合金的连接可以通过调整钨铜含量将钨铜复合材料的优势更好的发挥出来，可以使W-Cu合金应用于多种复杂环境，使其具有高导电导热、低的相匹配热膨胀系数、高的强度等一系列优异的综合性能，因此探索两种不同成分W-Cu合金的连接方法不仅具有积极的现实意义，而且有着良好的应用前景。

对于两块异组分的W-Cu合金连接而言，寻找一种性能优良和性价比高的填充材料，制定合理的焊接工艺是实现两块异组分W-Cu合金连接的关键。目前，尚未看到异组分W-Cu合金钎焊的相关报道。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种钎焊异组分W-Cu合金的钎料及制备方法和钎焊方法，钎料综合性能良好，设计的钎焊工艺简单合理，两者配合使用最终能获得力学性能优越的钎焊接头。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的钎焊异组分W-Cu合金的钎料，所述钎料各组分及组分的质量百分比分别为Mn10.0％～16.0％，Co0.5％～3.5％，Ni1.0％～5.0％，Ti1.0％～4.0％，Si0.2％～0.6％，B0.1％～0.3％，余量为Cu。

作为优选，所述钎料为箔片带，厚度为100～200μm。

作为优选，所述钎料各组分及组分的质量百分比分别为Mn12.0％～15.0％，Co1.0％～3.0％，Ni1.5％～4.0％，Ti1.5％～4％，Si0.3％～0.6％，B0.15％～0.3％，余量为Cu。

作为优选，所述钎料各组分及组分的质量百分比分别为Mn13.0％、Co2.5％、Ni3.0％、Ti3.0％、Si0.5％、B0.2％，其余为Cu。

一种上述的钎焊异组分W-Cu合金的钎料的制备方法，包括以下步骤：

1)按质量百分比称取高纯度的Mn片、Co颗粒、Ni颗粒、Ti颗粒、Si颗粒、B颗粒和Cu颗粒制得混合物，放入加有丙酮的容器中，在15～25的温度下进行超声清洗15～20min；

2)将步骤1超声清洗后的混合物在30～50℃的温度下烘干，得到干燥的混合物；

3)将混合物Mn、Co、Ni、Ti、Si、B和Cu采用真空感应熔炼的方法制备成分均匀的钎料母合金，将制备出的母合金碾碎后，装入高真空单辊甩带机的石英玻璃管内；

4)将石英玻璃管夹装在甩带机的电感应加热圈中，并将其喷嘴至铜辊表面间距调整为150～250μm；

5)关闭炉门，采用机械泵抽真空至1.5×10-3Pa，然后采用分子泵抽高真空，高真空度不低于6×10-5Pa，然后腔体充满高纯Ar气至180～200mbar；

6)开启电机，使铜辊转速us在29～34m/s的范围内，再开启高频电源，将石英玻璃管内的母合金高频感应加热至完全均匀熔融后，保温过热熔体70s～90s；

7)将Ar气气压调制P＝20～50KPa，用高压氩气将石英玻璃内的过热熔体连续喷射到高速旋转的冷却铜辊表面，液态金属受到急冷而成箔带状，从而得到钎料箔片带，厚度为100～200μm。

作为优选，所述步骤3中石英管喷嘴呈长方形，其长度为8～12mm，宽度为0.9～1.2mm。

作为优选，所述步骤6中铜辊直径为250mm，铜辊宽度为50mm。

一种使用上述的钎焊异组分W-Cu合金的钎料的钎焊方法，包括以下步骤：

(1)准备阶段：对待钎焊的两块异组分的W-Cu合金试样端面进行清理，除去表面的杂质、油污以及氧化膜，利用W28～W3.5号金相砂纸进行研磨光滑，利用W3.5号金相砂纸将钎料箔片双面进行研磨光滑，研磨后将两块异组分的W-Cu合金试样及钎料箔片一起置于丙酮中，采用超声波清洗15～20min，并进行烘干处理；

(2)装配阶段：将清洗后的钎料箔片置于两块异组分的W-Cu合金待焊表面之间，并紧贴装配于专用钎焊夹具中，确保连接的精度，在夹具上放置额定质量的压头，产生0.02～0.04MPa的恒定垂直压力；