[发明专利]一种通过钴中间层扩散连接方钴矿与铜电极的方法

说明书

一种通过钴中间层扩散连接方钴矿与铜电极的方法，涉及钎焊连接技术领域。本发明的目的是要解决现有方钴矿与铜电极的连接界面由于存在严重的元素扩散而降低焊接头的连接强度以及增加界面的接触电阻和接触热阻，进而导致热电器件的转换效率低的问题。方法：将待焊Co箔置于待焊方钴矿热电材料和待焊铜电极之间进行装配，得到待焊连接件，在5×10^‑3～10×10^‑3Pa的真空环境下升温至600～680℃，并在600～680℃下保温10～60min，然后降温至580～600℃，再降至室温，完成钴中间层扩散连接方钴矿与铜电极。本发明可获得一种通过钴中间层扩散连接方钴矿与铜电极的方法。

技术领域

本发明涉及钎焊连接技术领域，具体涉及一种方钴矿(CoSb₃)与铜电极材料的扩散连接方法。

背景技术

方钴矿具有良好的热电性能和优异的力学性能，是最具实际应用潜力的中温热电材料。对于制备热电器件来讲，要获得高性能的热电器件，不仅需要性能优异的热电材料，还需要有高质量的连接。

目前，由于方钴矿与铜电极膨胀系数存在较大差异，并且在热电器件的热端工作温度下(500～550℃)，电极与方钴矿连接界面存在严重的元素扩散问题，这会影响焊接头的连接强度，增加界面的接触电阻及接触热阻，从而降低热电器件的转换效率，严重制约着器件的实际应用。因此，设计可用于方钴矿热电材料与铜电极的可靠的连接方法是非常重要的。

发明内容

本发明的目的是要解决现有方钴矿与铜电极的连接界面由于存在严重的元素扩散而降低焊接头的连接强度以及增加界面的接触电阻和接触热阻，进而导致热电器件的转换效率低的问题，而提供一种通过钴中间层扩散连接方钴矿与铜电极的方法。

一种通过钴中间层扩散连接方钴矿与铜电极的方法，按以下步骤进行：

一、先将方钴矿热电材料进行切割，然后将方钴矿热电材料的待焊面进行打磨、抛光、超声清洗和吹干，得到待焊方钴矿热电材料，密封保存；将Co箔的双面进行打磨、超声清洗和吹干，得到待焊Co箔，密封保存；将铜电极的待焊面进行打磨、抛光、超声清洗和吹干，得到待焊铜电极，密封保存；

二、将待焊Co箔置于待焊方钴矿热电材料和待焊铜电极之间进行装配，得到待焊连接件；将待焊连接件在5×10^-3～10×10^-3Pa的真空环境下升温至600～680℃，并在600～680℃下保温10～60min，然后降温至580～600℃，再降至室温，完成钴中间层扩散连接方钴矿与铜电极。

本发明的有益效果：

(1)本发明一种通过钴中间层扩散连接方钴矿与铜电极的方法，采用纯Co箔作为方钴矿热电材料的阻挡层，可以有效减少电极与方钴矿之间的元素扩散；同时选用的Co箔膨胀系数介于铜电极和方钴矿热电材料之间，并且与方钴矿和铜电极均可以形成良好的冶金结合，形成化合物CoSb，实现铜电极与方钴矿的可靠连接，界面连接强度高，室温抗剪切强度高达18MPa。

(2)本发明通过控制扩散连接温度和保温时间，控制界面反应层厚度及反应相的种类，进而控制接头组织和性能；相比于常用的电镀法和热压法，制作工艺简单，操作方便，成本较低，阻挡层厚度可以根据实际情况进行选择。

本发明可获得一种通过钴中间层扩散连接方钴矿与铜电极的方法。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种通过钴中间层扩散连接方钴矿与铜电极的方法，按以下步骤进行：

一、先将方钴矿热电材料进行切割，然后将方钴矿热电材料的待焊面进行打磨、抛光、超声清洗和吹干，得到待焊方钴矿热电材料，密封保存；将Co箔的双面进行打磨、超声清洗和吹干，得到待焊Co箔，密封保存；将铜电极的待焊面进行打磨、抛光、超声清洗和吹干，得到待焊铜电极，密封保存；