[发明专利]一种氧化铝陶瓷低温钎焊连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化铝陶瓷低温钎焊连接的方法。

背景技术

氧化铝陶瓷由于具有高熔点、极佳的化学稳定性、高硬度和高强度等一系列优异的性能，广泛应用于机械、电子、化工、医学、航空航天和珠宝加工等行业。目前，连接氧化铝陶瓷的方法主要有扩散焊、钎焊等，其中钎焊是研究最多、应用最广的一种连接方法。

钎焊氧化铝陶瓷的传统方法是采用如AgCuTi、CuTi等活性钎料来实现氧化铝的连接。然而使用活性钎料连接温度较高，钎焊一般高于800℃，氧化铝的变形较大，从而导致钎焊接头中残余内应力较大，降低连接强度，不利于可靠接头的获得。

发明内容

本发明的目的是要解决现有钎焊氧化铝陶瓷的焊接温度较高，获得的接头连接强度较低的问题，而提供一种氧化铝陶瓷低温钎焊连接方法。

本发明氧化铝陶瓷低温钎焊连接方法按以下步骤进行：

一、按质量百分比将60％～85％的Bi₂O₃、10％～30％的B₂O₃、2％～10％的ZnO和0.1％～1.0％的SiO₂混合，得到低熔点铋酸盐玻璃粉；

二、使用切割机将待焊氧化铝陶瓷切割成型，先用金刚石砂盘对待焊氧化铝陶瓷进行机械打磨，再置于丙酮中超声清洗5～15分钟，最后使用无水乙醇超声清洗，烘干后得到预处理氧化铝陶瓷；

三、将步骤二得到的预处理氧化铝陶瓷的连接面上均匀铺上一层三氧化二硼粉末，然后置于马弗炉中，以5～20℃/min的升温速度加热到800～950℃，保温2h～4h后随炉冷却，得到生长有硼酸铝晶须的氧化铝陶瓷；

四、将步骤一得到的低熔点铋酸盐玻璃粉与粘结剂混合，使用搅拌器搅拌30～180min，得到玻璃焊膏，然后采用丝网印刷将玻璃焊膏涂覆到生长有硼酸铝晶须的氧化铝陶瓷的表面，得到待焊氧化铝陶瓷件；

五、将两块待焊氧化铝陶瓷件的涂覆有玻璃焊膏的表面接触对齐，卡具固定后得到待焊的连接件；

六、将步骤五得到的待焊的连接件放入马弗炉中，施加0.5～3MPa压力，以1～10℃/min的加热速率加热至300℃，在300℃下保温10～60min，随后以5～20℃/min的加热速率加热至480～650℃，保温10～60min，然后随炉冷却，完成氧化铝陶瓷的低温钎焊连接。

本发明所述的氧化铝陶瓷低温钎焊连接方法包含以下有益效果：

1、本发明实现了在较低温度(480℃～650℃)下对氧化铝陶瓷的连接，所采用的玻璃钎料软化温度低(T_f＜500℃)，热膨胀系数(α＝7.8～8.5×10^-6K^-1)与氧化铝陶瓷相匹配，因此能够有效的降低钎焊接头的残余内应力；

2、采用本发明氧化铝陶瓷低温钎焊连接方法得到的焊接接头的剪切强度可达到60～100MPa，保证了氧化铝连接的可靠性；

2.本发明方法工艺简单，无需真空设备和表面处理，可在大气环境下实现对氧化铝陶瓷的有效连接，从而降低了成本，适合产业化生产，具有极好的工业应用前景。

附图说明

图1为实施例一得到的氧化铝陶瓷/铋酸盐玻璃/氧化铝陶瓷的钎焊接头SEM形貌图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式氧化铝陶瓷低温钎焊连接方法按以下步骤进行：

一、按质量百分比将60％～85％的Bi₂O₃、10％～30％的B₂O₃、2％～10％的ZnO和0.1％～1.0％的SiO₂混合，得到低熔点铋酸盐玻璃粉；

二、使用切割机将待焊氧化铝陶瓷切割成型，先用金刚石砂盘对待焊氧化铝陶瓷进行机械打磨，再置于丙酮中超声清洗5～15分钟，最后使用无水乙醇超声清洗，烘干后得到预处理氧化铝陶瓷；

三、将步骤二得到的预处理氧化铝陶瓷的连接面上均匀铺上一层三氧化二硼粉末，然后置于马弗炉中，以5～20℃/min的升温速度加热到800～950℃，保温2h～4h后随炉冷却，得到生长有硼酸铝晶须的氧化铝陶瓷；

四、将步骤一得到的低熔点铋酸盐玻璃粉与粘结剂混合，使用搅拌器搅拌30～180min，得到玻璃焊膏，然后采用丝网印刷将玻璃焊膏涂覆到生长有硼酸铝晶须的氧化铝陶瓷的表面，得到待焊氧化铝陶瓷件；

五、将两块待焊氧化铝陶瓷件的涂覆有玻璃焊膏的表面接触对齐，卡具固定后得到待焊的连接件；