[发明专利]一种用于大尺寸蓝宝石光窗的扩散焊接装置及其焊接方法

说明书

本发明涉及一种用于大尺寸蓝宝石光窗的扩散焊接装置及其焊接方法，所述扩散焊接装置包括难熔金属发热体、保温材料层、感应线圈和进气管，还包括一对固定组件，用于固定待焊接的蓝宝石板，且能够对蓝宝石板两端均匀施加压力；扩散焊接时，通过进气管通入体积比为1:1000的O₂和Ar的混合气体。本发明的优点在于：本发明用于大尺寸蓝宝石光窗的扩散焊接装置和焊接方法能够实现带角度蓝宝石板扩散焊接，且焊接成品整体应力低，同时利用气氛减小焊接过程蓝宝石表面的损伤。

技术领域

本发明属于晶体生长技术领域，涉及一种蓝宝石光窗的焊接装置，特别涉及一种空间带折弯角度的大尺寸蓝宝石光窗的扩散焊接装置，还涉及用该扩散焊接装置焊接蓝宝石板的方法。

背景技术

蓝宝石的组成为氧化铝(Al2O3)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成，其晶体结构为六方晶格结构。由于蓝宝石具有抗高马赫气流、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性、熔点高(2045℃)等特点，尤其中波红外波段透过率高达到80％以上，因此被用于条件苛刻的红外成像窗口玻璃。利用蓝宝石作为红外成像窗口玻璃的常见的场合是飞机和船舶等。

由于实际应用中往往需求空间带折弯角度的大尺寸红外成像窗口，而常见的蓝宝石连接方式，如化学粘结、金属焊料焊接、玻璃焊接、金属结构固定和扩散焊接等，其连接强度由50MPa至200MPa不等，除扩散焊接之外，其他焊缝强度往往达不到蓝宝石自身强度(200MPa)，同时由于采用金属、玻璃或化学粘结剂等连接方式，对于连接处也有各种影响，粘结剂通常不耐高温，金属连接对成像造成一定影响，而玻璃焊接其焊缝强度由玻璃限制，因此比较各种连接方式，扩散焊接相对具有一定优势。

国内亦有一些科研院所，对厚度3mm-10mm宽度不超过100mm的蓝宝石板片进行焊接，然而其焊接方式多采用水平固定两端加压的方式，无法解决带角度焊接的需求。虽然也有专利指出(201510956722.9)，选用特殊焊接材料以降低焊接温度而确保焊接强度，降低焊接工艺难度，然而这并未从根本上解决实际应用场合中，对于多角度大尺寸红外成像光窗，无法采用蓝宝石材料的矛盾。

因此市场上急需一种空间带折弯角度的大尺寸蓝宝石光窗扩散焊接的装置和方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够实现带折弯角度的大尺寸蓝宝石光窗的扩散焊接装置和方法，既保证带折弯角度焊接的同时，也可保证焊缝和焊缝周围的蓝宝石板在焊接后应力小、耐老化，且避免蓝宝石板在焊接过程中受到环境杂质的侵蚀。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种用于大尺寸蓝宝石光窗的扩散焊接装置，所述大尺寸蓝宝石光窗由两块大尺寸蓝宝石板通过扩散焊接形成一折弯结构，且折弯结构的折弯角度为0～180°；其创新点在于：所述扩散焊接装置包括：

一折弯结构的难熔金属发热体，所述难熔发热体中心开有与大尺寸蓝宝石光窗相配合的嵌入槽；

一保温材料层，所述保温材料层包覆在难熔金属发热体外表面，且保温材料层的几何对称中心与难熔发热体的几何对称中心重合；所述保温材料层的侧壁设有一连接孔，且保温材料层的两端对称开有方形通孔；在保温材料层的前侧壁的中心开有一通透方孔，所述通透方孔的形状与大尺寸蓝宝石光窗的形状一致；

一感应线圈，所述感应线圈设置在保温材料层的折弯处；

一进气管，所述进气管的一端与保温材料层侧壁的连接孔连接，进气管的另一端与外接气源连接；

还包括一对固定组件，所述固定组件设置在保温材料层两端的方形通孔中，用于固定需扩散焊接的大尺寸蓝宝石板。

进一步地，所述感应线圈为一U型结构，且U型感应线圈的开口方向与嵌入槽的开口方向一致。

进一步地，所述难熔金属发热体的外侧壁上还均匀分布有若干个圆孔。