用于Al2O3陶瓷与金属连接的金基钎料及其焊接方法

摘要

本发明是一种用于Al2O3陶瓷与金属连接的金基钎料及其焊接方法，该金基钎料的化学成分及重量百分比为：Ni 12.0～18.0，Pd 12.0～18.0，余量为Au。该金基钎料可用于Al2O3陶瓷和低膨胀合金、钼合金、高温合金等异种材料的钎焊。该钎料所得接头的剪切强度为150～180MPa，其钎焊Al2O3陶瓷与Kovar合金的接头在600℃的平均强度仍有140MPa，可达到室温强度的85％以上，接头在700℃的平均强度为80MPa，达到室温强度的50％。

权利要求

1.一种用于Al2O3陶瓷与金属连接的金基钎料的焊接方法，其特征在于：该金基钎料的化学成分及重量百分比为：Ni 12.0～18.0,Pd 12.0～18.0，余量为Au，该方法的步骤如下：步骤一、表面处理

在Al2O3陶瓷待焊面上进行金属化处理，先镀钼锰层，厚度为15～35微米，然后镀镍层，厚度为3～5微米；

步骤二、装配

根据连接接头的要求进行Al2O3陶瓷与金属的装配，在Al2O3陶瓷与金属的连接界面上加入金基钎料，金基钎料的形态为急冷箔带钎料、合金粉末状钎料或从合金锭上切出的钎料薄片；

步骤三、加热

待焊件装配后连同夹具一起放入真空加热炉中，待真空度小于1×10-1Pa后，以1～20℃/min的升温速度加热至1050℃～1250℃，保温5～30min；

步骤四、冷却

以1～10℃/min的降温速度冷却至400℃～500℃，再随炉冷却至室温。

说明书

用于Al2O3陶瓷与金属连接的金基钎料及其焊接方法

技术领域

[0001] 本发明是一种用于Al2O3陶瓷与金属连接的金基钎料及其焊接方法，属于焊 接技术领域。

背景技术

[0002] Al2O3陶瓷具有介电常数小、比体积电阻大、介质消耗小、耐高温、耐磨损 等一系列优良性能，目前在航空、航天、电子等领域皆有一定的应用，其中一 些应用场合常需要将Al2O3陶瓷与金属连接起来。对于陶瓷的连接，一般的焊接 方法难以实现，钎焊是较常用的连接技术。目前，常规的钎料难以对Al2O3陶瓷 进行润湿，要在陶瓷/金属界面发生化学反应，其中在陶瓷表面金属化是一个行 之有效的方法，并且该方法所得接头的均匀性好。

[0003] 国内外对于Al2O3陶瓷与金属的连接技术研究中，最多使用为AgCu-Ti钎料、 Ti基钎料等等，这些钎料其自身的熔化温度比较低，大约800℃左右，连接接 头长时氧化环境下的耐温能力一般在400℃～500℃。

[0004] 随着航空航天领域的不断发展，对Al2O3陶瓷与金属连接接头的工作条件要 求进一步提高，需要在600℃～700℃的氧化环境下长时间工作。国内外目前还 缺乏在与之相适应的高温钎焊料。

发明内容

[0005] 本发明正是针对上述现有技术的需求而设计提供了一种用于Al2O3陶瓷与 金属连接的金基钎料及其焊接方法，其目的是使Al2O3陶瓷与金属连接的接头能 够在600℃～700℃的氧化环境下长时间工作。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0007] 本发明技术方案提供了一种用于Al2O3陶瓷与金属连接的金基钎料，该金基 钎料的化学成分及重量百分比为：Ni 12.0～18.0，Pd 12.0～18.0，余量为Au。 该种金基钎料的制备方法如下：

[0008] 首先在氩气保护条件下采用电弧熔炼方法将该金基钎料的原料按配比混合 后熔炼成合金锭；然后使用下述方法之一制备钎料：

[0009] (1)采用氩气雾化制粉设备制备粉末状钎料；

[0010] (2)在氩气保护条件下采用急冷态箔材制备设备制备急冷箔带钎料；

[0011] (3)采用电火花线切割等方法从合金锭上切出薄片，再将薄片正反面机械 磨光。

[0012] 本发明技术方案还提供了采用该种用于Al2O3陶瓷与金属连接的金基钎料 的焊接方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

[0013] 步骤一、表面处理

[0014] 在Al2O3陶瓷待焊面上进行金属化处理，先镀钼锰层，厚度为15～35微米， 然后镀镍层，厚度为3～5微米；

[0015] 步骤二、装配

[0016] 根据连接接头的要求进行Al2O3陶瓷与金属的装配，在Al2O3陶瓷与金属的 连接界面上加入金基钎料，金基钎料的形态为急冷箔带钎料、合金粉末状钎料 或从合金锭上切出的钎料薄片；

[0017] 步骤三、加热

[0018] 待焊件装配后连同夹具一起放入真空加热炉中，待真空度小于1×10-1Pa后， 以1～20℃/min的升温速度加热至1050℃～1250℃，保温5～30min；

[0019] 步骤四、冷却

[0020] 以1～10℃/min的降温速度冷却至400℃～500℃，再随炉冷却至室温。

[0021] 本发明技术方案中，利用金元素具有良好的抗氧化性能，在金镍合金优异 的焊接和加工性能基础上加入钯元素，进一步提高钎料的高温性能，在三元合 金的相互作用下实现陶瓷和金属的可靠连接。

[0022] 本发明的优点是：该金基钎料钎焊Al2O3陶瓷与金属的接头强度为150～ 180MPa，与陶瓷自身的强度水平相当，接头在600℃的平均强度可达到室温强 度的85％以上，接头在700℃的平均强度，达到室温强度的50％，同时该钎料具 有很好的抗氧化性能。

[0023] 该金基钎料在使用过程中需要对陶瓷待焊面进行了金属化处理，从而加强 钎料在陶瓷表明的润湿性，提高接头的连接强度；焊接过程中采用真空焊接， 温度范围为1050℃～1250℃，以1～20℃/min的速度缓降温，防止接头在降温 过程中产生过大的应力。

具体实施方式

[0024] 以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

[0025] 表1给出了本发明技术方案所述金基钎料的实施例的化学成分及重量百分 比。

[0026] 表1：金基钎料成分列表

[0027]

[0028] 上述金基钎料按如下工艺路线制备：

[0029] (1)选择纯度不低于99.0％的高纯Au、Ni、Pd，并按重量配比称量；

[0030] (2)在氩气保护条件下采用电弧熔炼方法将此合金熔炼成合金锭；

[0031] (3)采用下述方法之一制备钎料：

[0032] A、采用氩气雾化制粉设备制备合金粉末状钎料；

[0033] B、在氩气保护条件下采用急冷态箔材制备设备制备急冷态箔带钎料；

[0034] C、从合金锭上采用电火花线切割方法切出薄片再正反面机械磨光后使用。

[0035] 本发明钎料也可以以合金块体或由高纯度元素按配比混合后直接使用。

[0036] 使用本发明钎料进行钎焊的步骤如下：

[0037] 步骤一、表面处理

[0038] 在Al2O3陶瓷待焊面上进行金属化处理，先镀钼锰层，厚度为15～35微米， 然后镀镍层，厚度为3～5微米；

[0039] 步骤二、装配

[0040] 根据连接接头的要求进行Al2O3陶瓷与金属的装配，在Al2O3陶瓷与金属 的连接界面上加入金基钎料，金基钎料的形态为急冷箔带钎料、合金粉末状钎 料或从合金锭上切出的钎料薄片；

[0041] 步骤三、加热

[0042] 待焊件装配后连同夹具一起放入真空加热炉中，待真空度小于1×10-1Pa 后，以1～20℃/min的升温速度加热至1050℃～1250℃，保温5～30min；

[0043] 步骤四、冷却

[0044] 以1～10℃/min的降温速度冷却至400℃～500℃，再随炉冷却至室温。

[0045] 表1中所示的实施例1、2、3、4的金基钎料应选择在1180℃以上进行焊 接，以合金粉末状钎料形式使用，在加热温度1250℃和保温5min的工艺条 件下，进行了Al2O3陶瓷/GH783的连接，其强度和耐高温性能最好。

[0046] 表1中所示的实施例5、6、7、8、9的金基钎料应选择在1100℃左右进行 焊接，以急冷箔带钎料的形式使用，在加热温度1150℃和保温10min的工艺 条件下，进行了Al2O3陶瓷/Kovar合金的连接，具有较好的塑性和高温性能， 综合性能优异。

[0047] 表1中所示的实施例10、11、12、13的金基钎料可以较低温度下进行焊接， 以从合金锭上切出的钎料薄片形式使用，在加热温度1050℃和保温30min的 工艺条件下，进行了Al2O3陶瓷/TZM钼合金的连接，使该两种热膨胀系数差异 较大的材料实现可靠连接。

[0048] 上述实施例中的Al2O3陶瓷/金属接头的剪切强度可达150MPa～180MPa， 其中Al2O3陶瓷与Kovar合金的接头在600℃的平均强度仍有140MPa，可达到 室温强度的85％以上，接头在700℃的平均强度为80MPa，达到室温强度的50％。