[其他]陶瓷与陶瓷或陶瓷与金属的粘结方法

说明书

本发明涉及到陶瓷与陶瓷或陶瓷与金属的粘结方法。特别是涉及到适用于机器的一些构件，电子原件或类似部件的粘结方法。

英国专利No761045公开了一种氧化铝与金属的粘结方法。该方法包括：使铜氧化，将已氧化的钢（氧化亚铜：Cu₂O）置于陶瓷基质上，在高于铜的熔点（1083℃）并低于氧化铜的熔点（1230℃）的温度下，加热氧化亚铜与陶瓷两者（使在铜上形成氧化铜），然后使氧化铜和液态铜组成的低共熔晶体与基质反应，由此使氧化铝与金属粘结。

上述方法需要将待粘结件加热到高于1083℃低于1230℃的高温，当冷却已粘合的部件时，由于氧化铝与金属的热膨胀系数不同，而产生热应力。因此，氧化铝往往会开裂，导致强度可靠性的降低。更严重的是，金属被加热时发生变形。美国专利No4037027公开的方法，其特征在于在较低温度下加热待粘结件，在这样的温度下插接料不会熔化，并使待粘结件紧紧压合，即固相粘结法。根据这种方法，由于加热温度低，不会产生大的热应力。但是，由于此插接料不被熔化，并在该插接料表面形成氧化层，因此插接料与粘结件之间反应缓慢，从而在短时间内很难获得高的粘结强度。并且需要很高的压力才能使粘结表面紧密结合在一起。

本发明的目的在于提供一种陶瓷与陶瓷或陶瓷与金属的粘结方法，其特征在于降低结合温度以抑制在冷却粘结件时热应力的产生。因此根据本发明的方法，陶瓷几乎不发生开裂，从而提高了强度的可靠性。

本发明的另一个目的在于提供一种陶瓷与金属的粘结方法，其特征在于此时的粘结是在低温低粘结压力下进行，因而减少了金属的热变形，因此能获得高尺寸精度的产品。

为达到上述目的，本发明方法包括：放置一种作为插接料的薄板件于陶瓷粘结件之间或陶瓷粘结件与金属粘结件之间，其中薄板件包括由铝或铝合金制成的芯片以及由铝-硅合金制成的表面层，粘结是在高于铝-硅合金的固线温度并低于铝或合金熔点的温度下进行（在此温度下，铝-硅合金被熔化而铝和铝合金都不会熔化），同时压紧此插接料。粘结操作最好是在真空或惰性气氛中进行。铝或铝合金的熔点最高为660℃。因此，即使在高于其熔点的温度下进行粘结，在冷却过程中，也只在其熔点到室温的温度范围内会产生热应力，从而温度降低不大。另外，铝或铝合金具有非常低的屈服点。因此，在冷却过程中产生的热应力将由于铝或铝合金的屈服而松驰。由于这些原因，显著地抑制了陶瓷中热应力的产生，这样就防止了在先有技术中经常出现的那种陶瓷断裂现象。

按照本发明粘结的陶瓷实例包括：氮化硅（Si₃N₄）、硅铝氧氮（Sialon）、二氧化硅（SiO₂）、氧化铝（Al₂O₃）、玻璃、铁氧体（Mn-Zn铁氧体）、氧化锆（Zr O₂）、钛酸钡（Ba Ti O₃）和钛酸钙（Ca Ti O₃）。本发明的方法与先有技术相比，具有很宽的实用范围。

图1为一个示意图，表明按本发明的方法将两个陶瓷轴相互粘结或将一陶瓷轴与一金属轴粘结的实例。

图2为一个示意图，表明按本发明的方法将两个陶瓷块相互粘结的实例。

图3为一个示意图，表明按本发明的方法将两个陶瓷块相互粘结的实例。

实例1

硅铝氧氮与Cr-Mo钢的粘结

如图1所示，三层复合板3（0.6毫米厚）包括用铝合金（Al-1%Mn合金）制的0.5毫米厚的芯片4，以及用Al-Si-Mg合金（Al-10%Si-2%Mg）制的0.05毫米厚的两表面层5，插接于用硅铝氧氮制的轴1（直径为10毫米）和用Cr-Mo钢制的轴2（直径为10毫米）之间。把所得到结构件保持在600℃的粘结温度，10^-4托的真空条件以及1.0千克·力/平方毫米的粘结压力下15分钟，使两根轴粘合。上述Al-Si-Mg合金的熔点约为585℃。因此，只有复合板3的两表面层5在600℃的粘结温度下熔化，通过复合板3的冶金化，从而铝和硅与硅铝氧氮和铁反应，从而使硅铝氧氮轴1与Cr-Mo钢轴2完全结合。镁提高了Al-Si合金熔体对硅铝氧氮和铁的润湿能力。

在以上实例中，所结合的轴1和轴2的粘结强度（四点弯曲试验）约为10千克·力/平方毫米，并且断裂位置在轴2与复合板3之间的粘合面处。确切地说，Al与Fe的金属互化物较脆，从而引起这一部位发生断裂。因此，为了进一步提高粘结强度，最好把热膨胀率低的材料插接于轴2与复合板3之间。