一种多尺度联合提高导电陶瓷基材料钎焊接头强度的方法

摘要

一种多尺度联合提高导电陶瓷基材料钎焊接头强度的方法，本发明涉及一种多尺度联合提高导电陶瓷基材料钎焊接头强度的方法。本发明是要解决现有导电陶瓷基材料钎焊方法连接的接头强度低、陶瓷基材料与金属的热膨胀系数差异所导致的残余应力大、可靠性低的问题，方法为：一、导电陶瓷基母材连接面表面处理；二、配制钎料；三、钎料放置；四、真空钎焊连接，即完成。本发明通过宏观尺度和微观尺度的联合作用，最大程度上缓解了接头应力，提高接头的强度可靠性。本方法获得的导电陶瓷基材料钎焊接头的抗压剪强度为155～265MPa，比采用常规平直界面和无增强相的钎焊接头强度提高了165％～345％。本发明应用于钎焊领域。

主权项

一种多尺度联合提高导电陶瓷基材料钎焊接头强度的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、导电陶瓷基母材连接面表面处理：a、利用精密线切割技术将导电陶瓷基母材以及对应连接件相连接面加工成圆弧面，其中若导电陶瓷基母材的热膨胀系数小于对应连接件的热膨胀系数，则导电陶瓷基母材表面为凸面，对应连接件的表面为凹面，且弧度相等；若导电陶瓷基母材的热膨胀系数大于对应连接件的热膨胀系数，则导电陶瓷基母材表面为凹面，对应连接件为凸面，弧度相等；b、通过线切割将步骤a处理后的导电陶瓷基母材连接面加工成齿形槽状结构，其中槽深为0.3～3mm，槽宽为0.3～3mm，两个槽的间距为0.3～2mm，槽深度方向与待连接面切线方向的夹角为90～150°；c、将步骤b表面处理后的导电陶瓷基母材和步骤a表面处理后的对应连接件打磨清理，再用丙酮清洗并烘干，得到清洗后的导电陶瓷基母材和对应连接件；二、配制钎料：复合钎料包含B源和含Ti共晶合金系，其中Ti元素和B元素的摩尔比为(10～1):1；B源为B、TiB₂、ZrB₂、HfB₂、HfB、BN和B₄C中的任意一种或几种按任意比组成的混合物，含Ti共晶合金系为Ti‑Ni、Ti‑Cu、Ag‑Cu‑Ti或Ti‑Si；若导电陶瓷基母材或对应连接件中含有B源，则不加B源或降低B源加入量；终产物的钎焊接头中TiB晶须的体积含量不低于5％；三、钎料放置将步骤二配制的复合钎料、松油醇和乙基纤维素均匀搅拌成膏体，得到复合钎料膏，其中复合钎料、松油醇和乙基纤维素的质量比为10:(0.2～2):(0.4～3)，将复合钎料膏涂覆于步骤一清洗后的导电陶瓷基母材和对应连接件的连接面之间，即得待焊组件；或将制备的复合钎料膏通过甩带或挤压成箔后置于对应连接体之间，得到待焊组件；四、真空钎焊连接将待焊组件置于真空炉中，将真空钎焊炉抽真空至5×10^‑4～1×10^‑3Pa，然后将真空钎焊炉以15℃/min的速度升温至温度T₁，并保温5min～10min，再以10℃/min的速度升温至钎焊温度T₂，并保温10min～20min，然后以5～10℃/min的速度降温至400℃，最后随炉冷却，即完成导电陶瓷基材料的钎焊连接；其中T₁＝T₂‑(100℃～200℃)，T₂高于钎料液相线温度10％～30％。