本發(fā)明涉及合金材料領(lǐng)域，具體而言，涉及一種合金釬料、玻璃和金屬的連接體及玻璃和金屬的釬焊方法。
背景技術(shù)：
玻璃材料具有抗氧化、耐蝕、耐高溫、高硬耐磨等特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)和居民生活中都有廣泛應(yīng)用，但玻璃本身的低延性和低沖擊韌性的缺點(diǎn)則妨礙了其在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。玻璃與塑韌性高、抗沖擊能力強(qiáng)的金屬連接件已成功應(yīng)用于壓電傳感器制造，以復(fù)合連接體形式制成的壓力傳感器可應(yīng)用于嚴(yán)酷的工作環(huán)境。隨著科技的不斷發(fā)展以及國(guó)家新能源與高效節(jié)能技術(shù)政策的提出，玻璃與金屬的連接在工業(yè)中的應(yīng)用前景更加廣闊，尤其是在LED大功率照明技術(shù)、大功率LED燈散熱和熱沉技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域。
但金屬材料與玻璃之間的熱膨脹系數(shù)差異甚大，當(dāng)發(fā)生急劇的溫度變化時(shí)，很容易引起材料間的應(yīng)力集中，從而影響接頭的可靠性。
現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于玻璃與金屬之間的連接通常使用釬焊連接的方法。目前已知的用于玻璃與金屬釬焊的釬料類(lèi)型有Sn-Ag-Cu、Sn-Zn-Bi等。Sn-Ag-Cu是電子基板釬焊的常用釬料，其接合強(qiáng)度和可靠性都較高，但該釬料的楊氏模量高達(dá)50GPa，在施加機(jī)械應(yīng)力或由熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致的應(yīng)力時(shí)，可能引起釬料剝離或玻璃基板開(kāi)裂等問(wèn)題。而Sn-Zn-Bi釬料合金雖對(duì)于楊氏模量有所改善，但由于包含與鉛同樣毒性高的Bi，因此其使用受到限制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的主要目的在于提供一種合金釬料、玻璃和金屬的連接體及玻璃和金屬的釬焊方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中合金釬料的楊氏模量較高、加工可塑性差的問(wèn)題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種合金釬料，以重量百分比計(jì)，該合金釬料包括45％～65％的錫、31.5％～52.5％的銦和0.5％～3.5％的銀。
進(jìn)一步地，以重量百分比計(jì)，上述合金釬料包括48％～60％的錫、38％～50％的銦和1％～3％的銀。
進(jìn)一步地，以重量百分比計(jì)，上述合金釬料由45％～65％的錫、31.5％～52.5％的銦和0.5％～3.5％的銀組成。
進(jìn)一步地，以重量百分比計(jì)，上述合金釬料由48％～60％的錫、38％～50％的銦和1％～3％的銀組成。
進(jìn)一步地，以重量百分比計(jì)，上述合金釬料由55％的錫、42.5％的銦和2.5％的銀組成。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種玻璃和金屬的連接體，包括玻璃、金屬和釬焊部，該釬焊部采用上述任一種合金釬料釬焊形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種玻璃和金屬的釬焊方法，該釬焊方法包括采用上述任一種合金釬料進(jìn)行釬焊。
進(jìn)一步地，上述釬焊的焊接溫度為220～250℃。
應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，結(jié)合In-Sn二元相圖，在本發(fā)明成分體系中，In的含量控制在31.5％～52.5％，這是因?yàn)楫?dāng)In含量過(guò)低時(shí)，合金的楊氏模量會(huì)變大，可能在焊接過(guò)程中造成玻璃開(kāi)裂；而In含量過(guò)高時(shí)，In3Sn/In3Sn+InSn4的相變化導(dǎo)致的內(nèi)部應(yīng)力極易引起殘留裂紋發(fā)生，從而導(dǎo)致焊料的接合強(qiáng)度降低。進(jìn)一步地，通過(guò)對(duì)In、Sn添加適量的Ag可以使晶體結(jié)構(gòu)細(xì)化，起到提高焊料的機(jī)械強(qiáng)度的優(yōu)異效果。其中，當(dāng)Ag添加量不足0.5％時(shí)，該效果不明顯；當(dāng)Ag添加量超過(guò)3.5％時(shí)，易析出粗大的Ag3Sn，從而造成抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的降低。因此，具有上述組成的合金釬料的加工塑性好，可根據(jù)需要加工成各種規(guī)格、尺寸的焊條、焊絲、薄帶、焊片等；楊氏模量低，工藝性能優(yōu)良，不易在溫度變化時(shí)引起大的應(yīng)力，接頭質(zhì)量穩(wěn)定；釬焊溫度較低，使用該合金釬料焊接時(shí)，釬焊溫度不高于250℃。
具體實(shí)施方式
需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
如背景技術(shù)所記載的，現(xiàn)有技術(shù)的合金釬料的楊氏模量較高、加工可塑性差的問(wèn)題，為了解決該問(wèn)題，在本申請(qǐng)一種典型的實(shí)施方式中提供了一種合金釬料，以重量百分比計(jì)，該合金釬料包括45％～65％的錫、31.5％～52.5％的銦和0.5％～3.5％的銀。
結(jié)合In-Sn二元相圖，在本發(fā)明成分體系中，In的含量控制在31.5％～52.5％，這是因?yàn)楫?dāng)In含量過(guò)低時(shí)，合金的楊氏模量會(huì)變大，可能在焊接過(guò)程中造成玻璃開(kāi)裂；而In含量過(guò)高時(shí)，In3Sn/In3Sn+InSn4的相變化導(dǎo)致的內(nèi)部應(yīng)力極易引起殘留裂紋發(fā)生，從而導(dǎo)致焊料的接合強(qiáng)度降低。進(jìn)一步地，通過(guò)對(duì)In、Sn添加適量的Ag可以使晶體結(jié)構(gòu)細(xì)化，起到提高焊料的機(jī)械強(qiáng)度的優(yōu)異效果。其中，當(dāng)Ag添加量不足0.5％時(shí)，該效果不明顯；當(dāng)Ag添加量超過(guò)3.5％時(shí)，易析出粗大的Ag3Sn，從而造成抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的降低。
因此，具有上述組成的合金釬料的加工塑性好，可根據(jù)需要加工成各種規(guī)格、尺寸的焊條、焊絲、薄帶、焊片等；楊氏模量低，工藝性能優(yōu)良，不易在溫度變化時(shí)引起大的應(yīng)力，接頭質(zhì)量穩(wěn)定；釬焊溫度較低，使用該合金釬料焊接時(shí)，釬焊溫度不高于250℃。
在本申請(qǐng)一種優(yōu)選的實(shí)施例中，以重量百分比計(jì)，該合金釬料包括48％～60％的錫、38％～50％的銦和1％～3％的銀。上述合金釬料的楊氏模量得到進(jìn)一步降低，因此在應(yīng)用時(shí)使得玻璃和金屬的焊接更牢固。
進(jìn)一步優(yōu)選，以重量百分比計(jì)，上述合金釬料由45％～65％的錫、31.5％～52.5％的銦和0.5％～3.5％的銀組成。更優(yōu)選，以重量百分比計(jì)，合金釬料由48％～60％的錫、38％～50％的銦和1％～3％的銀組成。上述合金釬料中可以含有不可避免的雜質(zhì)。
在本申請(qǐng)另一種優(yōu)選的實(shí)施例中，以重量百分比計(jì)，上述合金釬料由55％的錫、42.5％的銦和2.5％的銀組成。以上組成的合金釬料的楊氏模量、加工可塑性都較為理想，在應(yīng)用時(shí)釬焊溫度適中，對(duì)金屬和玻璃的焊接較為牢固。
在本申請(qǐng)另一種典型的實(shí)施方式中，提供了一種玻璃和金屬的連接體，包括玻璃、金屬和釬焊部，該釬焊部采用上述任一種合金釬料釬焊形成。由于本申請(qǐng)的合金釬料具有楊氏模量低、加工可塑性好的優(yōu)點(diǎn)，因此，其所釬焊形成的玻璃和金屬的連接體的能夠適用于各種機(jī)械應(yīng)力和熱膨脹系數(shù)導(dǎo)致應(yīng)力變化的工作環(huán)境，保證了其在壓電傳感器等各種器件中的應(yīng)用。
在本申請(qǐng)另一種典型的實(shí)施方式中，提供了一種玻璃和金屬的釬焊方法，該釬焊方法包括采用上述任一種合金釬料進(jìn)行釬焊。由于本申請(qǐng)的合金釬料的可焊接溫度較低，因此利用其進(jìn)行玻璃和金屬的焊接易于操作，且不會(huì)對(duì)玻璃和金屬造成負(fù)面影響。
進(jìn)一步優(yōu)選上述釬焊的焊接溫度為220～250℃。
以下將結(jié)合實(shí)施例和對(duì)比例，進(jìn)一步說(shuō)明本申請(qǐng)的有益效果。
實(shí)施例1
采用爐中釬焊的方法對(duì)玻璃和銅進(jìn)行焊接，釬焊溫度見(jiàn)表1，釬焊過(guò)程的保溫時(shí)間見(jiàn)表1，其中所采用的合金釬料的組成見(jiàn)表1。
對(duì)釬料性能和釬焊接頭的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，其中楊氏模量采用靜態(tài)拉伸法檢測(cè)，延伸率采用拉伸試驗(yàn)檢測(cè)，釬焊效果采用觀察釬焊接頭成形質(zhì)量檢測(cè)。
表1
由表1的數(shù)據(jù)可以看出，各實(shí)施例的楊氏模量相對(duì)于對(duì)比例1有明顯降低，且各實(shí)施例的延伸率相對(duì)于對(duì)比例2有明顯增加，各實(shí)施例的延伸率和楊氏模量相對(duì)于對(duì)比例3有明顯改善，說(shuō)明本申請(qǐng)合金釬料將In含量控制在31.5％～52.5％之間，將Ag含量控制在0.5％～3.5％之間對(duì)釬焊效果起到了明顯的改善作用。
從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：
結(jié)合In-Sn二元相圖，在本發(fā)明成分體系中，In的含量控制在31.5％～52.5％，這是因?yàn)楫?dāng)In含量過(guò)低時(shí)，合金的楊氏模量會(huì)變大，可能在焊接過(guò)程中造成玻璃開(kāi)裂；而In含量過(guò)高時(shí)，In3Sn/In3Sn+InSn4的相變化導(dǎo)致的內(nèi)部應(yīng)力極易引起殘留裂紋發(fā)生，從而導(dǎo)致焊料的接合強(qiáng)度降低。進(jìn)一步地，通過(guò)對(duì)In、Sn添加適量的Ag可以使晶體結(jié)構(gòu)細(xì)化，起到提高焊料的機(jī)械強(qiáng)度的優(yōu)異效果。其中，當(dāng)Ag添加量不足0.5％時(shí)，該效果不明顯；當(dāng)Ag添加量超過(guò)3.5％時(shí)，易析出粗大的Ag3Sn，從而造成抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的降低。
具有上述組成的合金釬料的加工塑性好，可根據(jù)需要加工成各種規(guī)格、尺寸的焊條、焊絲、薄帶、焊片等；楊氏模量低，工藝性能優(yōu)良，不易在溫度變化時(shí)引起大的應(yīng)力，接頭質(zhì)量穩(wěn)定；釬焊溫度較低，使用該合金釬料焊接時(shí)，釬焊溫度不高于250℃。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。