一種超聲波輔助的低溫玻璃釬焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種超聲波輔助的低溫玻璃釬焊方法。
【背景技術(shù)】
[0002]低溫封接玻璃是指將玻璃、陶瓷、金屬及復(fù)合材料等相互間封接起來的中間層玻璃。由于具有較低的熔制溫度和封接溫度，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性及較高的機(jī)械強(qiáng)度，常被用于玻璃、陶瓷、金屬及復(fù)合材料之間的相互封接，在電真空和微電子技術(shù)、激光和紅外技術(shù)、高能物理、能源、宇航、汽車、化工和工業(yè)測試等眾多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。
[0003]當(dāng)前，使用低溫封接玻璃進(jìn)行釬焊的主要問題是由于釬焊溫度較低，熔融玻璃釬料的粘度較大，且釬焊的焊縫狹窄，導(dǎo)致熔融玻璃釬料在母材的表面鋪展?jié)櫇癫怀浞郑瑫r在釬焊過程中生成的氣孔也很難逸出而留在釬焊接頭中，使得釬焊接頭的強(qiáng)度下降，氣密性降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有使用低溫玻璃進(jìn)行釬焊的過程中，由于低溫下熔融玻璃粘度大、焊縫狹窄而導(dǎo)致的潤濕鋪展不充分和氣孔殘留的問題，而提出了一種超聲波輔助的低溫玻璃釬焊方法。
[0005]本發(fā)明超聲波輔助的低溫玻璃釬焊方法按以下步驟進(jìn)行:
[0006]—、將低溫封接玻璃粉與粘接劑混合后置于焊膏攪拌機(jī)中，在100?150r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌I?2h，得到低溫玻璃釬料焊膏；
[0007]二、利用切割設(shè)備將待焊原料切割成型，得到焊件；
[0008]三、將步驟二得到的焊件置于丙酮中，在室溫條件下進(jìn)行超聲清洗，使用水砂紙對超聲清洗后的焊件進(jìn)行機(jī)械打磨，然后再置于丙酮中超聲清洗，最后轉(zhuǎn)移至干燥箱中烘干，得到干燥的焊件；
[0009]四、采用絲網(wǎng)印刷法將低溫玻璃釬料焊膏均勻涂覆在干燥的焊件表面的預(yù)連接位置，得到涂覆有低溫玻璃釬料焊膏的焊件；
[0010]五、將兩塊涂覆有低溫玻璃釬料焊膏的焊件的預(yù)連接處貼合組成待焊件；
[0011]六、將步驟五得到的待焊件置于電爐的卡具上，施加0.5?IMPa的壓力，在大氣環(huán)境下，先以10?20°C/min的升溫速率將待焊件從室溫升溫至300°C，在300°C下保溫10?30min，然后以5?10°C/min的升溫速率加熱至低溫玻璃釬料焊膏熔化，將超聲波工具頭以
0.2?0.4MPa的壓力施加于待焊件表面，先施加第一次超聲波振動，超聲波振動頻率為20?60kHz，振幅為I?ΙΟμπι，停止振動后在焊膏恪化溫度保溫10?15min，再施加第二次超聲波振動，超聲波振動頻率為70?10kHz，振幅為15?30μπι，最后停止振動并移開超聲波工具頭，關(guān)閉電爐隨爐冷卻至室溫，完成超聲波輔助的低溫玻璃釬焊過程。
[0012]本發(fā)明通過使用低溫玻璃釬料，同時在釬焊過程中對工件施加超聲波振動，促進(jìn)熔融玻璃釬料在母材表面的鋪展?jié)櫇窈外F焊接頭中氣孔的逸出，獲得致密無缺陷且高強(qiáng)度的釬焊接頭。本發(fā)明采用低溫玻璃釬料結(jié)合超聲波振動進(jìn)行復(fù)合材料的連接，由于釬料與母材間的潤濕性更好，并且在超聲作用下，克服玻璃釬料的流動性不足，并使玻璃釬料中的氣泡容易溢出，因此在保證接頭強(qiáng)度和可靠性的同時，擁有更低的連接溫度和更好的接頭氣密性。
[0013]本發(fā)明超聲波輔助的低溫玻璃釬焊方法包含以下優(yōu)點:
[0014]—、本發(fā)明采用超聲輔助的方法促進(jìn)熔融玻璃釬料焊膏在母材表面的潤濕，從而實現(xiàn)其可靠連接，連接溫度低且操作方便，無需釬劑、特殊保護(hù)氣氛和在復(fù)合材料表面預(yù)沉積金屬層，在很大程度上降低了成本和釬焊工藝的復(fù)雜程度；
[0015]二、本發(fā)明得到的釬焊接頭致密，無裂紋、氣孔等宏觀缺陷，解決了傳統(tǒng)低溫玻璃釬焊過程中由于釬焊溫度低、熔融玻璃釬料粘度大而導(dǎo)致的氣孔殘留問題，提高了釬焊接頭的強(qiáng)度；
[0016]三、本發(fā)明得到的釬焊接頭殘余應(yīng)力小，有利于提高接頭的強(qiáng)度和穩(wěn)定性；
[0017]四、本發(fā)明得到的釬焊接頭氣密性好，制得的釬焊焊接件在室溫下的剪切強(qiáng)度可提高30%?55 %。
【附圖說明】
[0018]圖1為實例一超聲波輔助低溫玻璃釬焊碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的焊接示意圖，其中I一超聲波工具頭，2—電爐加熱裝置，3—低溫玻璃釬料焊膏，4一碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
【具體實施方式】
[0019]【具體實施方式】一:本實施方式超聲波輔助的低溫玻璃釬焊方法按以下步驟進(jìn)行:
[0020]—、將低溫封接玻璃粉與粘接劑混合后置于焊膏攪拌機(jī)中，在100?150r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌I?2h，得到低溫玻璃釬料焊膏；
[0021 ] 二、利用切割設(shè)備將待焊原料切割成型，得到焊件；
[0022]三、將步驟二得到的焊件置于丙酮中，在室溫條件下進(jìn)行超聲清洗，使用水砂紙對超聲清洗后的焊件進(jìn)行機(jī)械打磨，然后再置于丙酮中超聲清洗，最后轉(zhuǎn)移至干燥箱中烘干，得到干燥的焊件；
[0023]四、采用絲網(wǎng)印刷法將低溫玻璃釬料焊膏均勻涂覆在干燥的焊件表面的預(yù)連接位置，得到涂覆有低溫玻璃釬料焊膏的焊件；
[0024]五、將兩塊涂覆有低溫玻璃釬料焊膏的焊件的預(yù)連接處貼合組成待焊件；
[0025]六、將步驟五得到的待焊件置于電爐的卡具上，施加0.5?IMPa的壓力，在大氣環(huán)境下，先以10?20°C/min的升溫速率將待焊件從室溫升溫至300°C，在300°C下保溫10?30min，然后以5?10°C/min的升溫速率加熱至低溫玻璃釬料焊膏熔化，將超聲波工具頭以
0.2?0.4MPa的壓力施加于待焊件表面，先施加第一次超聲波振動，超聲波振動頻率為20?60kHz，振幅為I?ΙΟμπι，停止振動后在焊膏恪化溫度保溫10?15min，再施加第二次超聲波振動，超聲波振動頻率為70?10kHz，振幅為15?30μπι，最后停止振動并移開超聲波工具頭，關(guān)閉電爐隨爐冷卻至室溫，完成超聲波輔助的低溫玻璃釬焊過程。
[0026]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是步驟一所述低溫封接玻璃釬料按質(zhì)量份數(shù)由50份?205、12份3110、18份2110、6份出03、1份六1203、1份3丨02和0.5份1^20組成。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一相同。
[0027]本實施方式低溫封接玻璃釬料的封接溫度為480?600°C，熱膨脹系數(shù)介于75?125X10—7/°C之間，封接溫度下的粘度為13?15Pa.S。
[0028]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是步驟一所述的低溫封接玻璃粉的粒徑為25?75μπι。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一或二相同。
[0029]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是步驟一所述的粘接劑按體積比為10: (I?10)由松油醇和無水乙醇組成。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】
一至三之一相同。
[0030]本實施方式通過無水乙醇的量來控制焊膏粘度，無水乙醇量越多，焊膏粘度越小。
[0031]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】四不同的是步驟一按照質(zhì)量比為10: (2?5)將低溫封接玻璃粉與粘接劑混合后置于焊膏攪拌機(jī)中。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】四相同。
[0032]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是步驟一在100?150r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌I?2h，攪拌時所使用的磨球為ZrO2陶瓷磨球。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0033]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是步驟二所述的待焊原料為金屬基陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、金屬材料或陶瓷材料。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0034]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】七不同的是所述的金屬基陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料為碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料或碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，所述的金屬材料為鋁、鋁合金或可伐合金，所述的陶瓷材料為氧化鋁陶瓷、碳化物陶瓷或氮化物陶瓷。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】七相同。
[0035]本實施方式當(dāng)所述的金屬基陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料為碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料時，其中碳化硅顆粒的體積分?jǐn)?shù)為30?80%。
[0036]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同的是步驟四將低溫玻璃釬料焊膏均勻涂覆在干燥的焊件表面的預(yù)連接位置，其中涂覆的厚度為20?150μπι。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至八之一相同。
[0037]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】一至九之一不同的是步驟六以5?10°C/min的升溫速率將待焊件加熱到480?600°C使低溫玻璃釬料焊膏熔化。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至九之一相同。
[0038]【具體實施方式】十一:本實施方式與【具體實施方式】一至十之一不同的是步驟六中第一次施加的超聲波振動頻率為40?60kHz，振幅為5?ΙΟμπι，作用時間為I?60s。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至十之一相同。
[0039]本實施方式第一次施加振幅較小、時間較短的超聲波振動目的在于促進(jìn)熔融玻璃釬料在焊件表面的鋪展?jié)櫇?，實現(xiàn)界面的良好結(jié)合。
[0040]【具體實施方式】十二:本實施方式與【具體實施方式】一至十一之一不同的是步驟六中第二次施加的超聲波振動頻率為80?10kHz，振幅為20?30μπι，作用時間為20?60s。其它步