[发明专利]锡青铜与氧化铝陶瓷的连接方法及制得的连接件

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属与陶瓷的连接方法及制得的连接件，尤其涉及一种锡青铜与氧化铝陶瓷的连接方法及制得的连接件。

背景技术

由于锡青铜与氧化铝陶瓷在晶体结构、热膨胀系数、熔点等方面存在巨大的差异，使得两者之间的连接非常困难。目前可能采用的连接方法有钎焊、固相扩散连接及瞬间液相扩散连接，但这些方法存在许多不足：钎焊的连接温度通常较低，但由于钎料的熔点普遍较低，因此钎焊难于制得能在高温下使用的接头；对于固相扩散连接，要实现与陶瓷的连接需要很高的温度，而且在连接温度下保温时间常常大于1小时，加工时间长，能耗大；使用瞬间液相扩散连接方法来实现锡青铜与氧化铝陶瓷的连接，必须使二者均出现液相，受到锡青铜与氧化铝陶瓷之间的熔点、扩散性能等差异的影响，需要延长液相保持时间，而连接时间过长容易使锡青铜过多的熔化而溢流至接头以外，影响接头质量。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种有效的、可获得较高结合强度的锡青铜与氧化铝陶瓷的连接方法。

另外，还有必要提供一种由上述连接方法制得的连接件。

一种锡青铜与氧化铝陶瓷的连接方法，包括以下步骤：

提供待连接的锡青铜件、氧化铝陶瓷件，及金属中间层作为连接介质；

对该锡青铜件、氧化铝陶瓷件及金属中间层的待连接表面进行打磨、清洗并吹干；

提供一石墨模具，该石墨模具包括上压头、下压头及中模，该中模包括上部、与上部连接的下部及贯通该上部及下部的容置部，该上部沿垂直于上部与下部连接方向的截面积小于下部沿垂直于上部与下部连接方向的截面积；

将该锡青铜、氧化铝陶瓷及金属中间层放入中模的容置部，使金属中间层夹放在锡青铜件与氧化铝陶瓷件之间，氧化铝陶瓷件位于上部，锡青铜件位于下部，然后用所述上、下压头压紧；

将该石墨模具放入一放电等离子体烧结设备的炉膛中，对锡青铜、氧化铝陶瓷及金属中间层施加脉冲电流以进行放电等离子体连接；

待冷却后取出锡青铜与氧化铝陶瓷的连接件。

一种由上述方法制得的锡青铜与氧化铝陶瓷的连接件，该锡青铜与氧化铝陶瓷的连接件包括一锡青铜件、一氧化铝陶瓷件及连接该锡青铜件与该氧化铝陶瓷件的连接部，该连接部包括一铜层、第一过渡层、一镍层、一第二过渡层、一钛层及一第三过渡层，该铜层与锡青铜件连接，该第一过渡层位于铜层与镍层之间，第一过渡层由铜与镍的固熔体及铜镍金属间化合物组成，该第二过渡层位于镍层与该钛层之间，第二过渡层由镍钛固熔体及钛镍金属间化合物组成，该第三过渡层位于钛与氧化铝陶瓷件之间，第三过渡层主要由钛氧化合物及钛铝金属间化合物组成。

相较于现有技术，上述锡青铜与氧化铝陶瓷的连接方法通过采用一放电等离子体烧结设备(或者称脉冲电流加热设备)对锡青铜件、氧化铝陶瓷件及金属中间层施加脉冲电流使工件升温，并且根据锡青铜与氧化铝陶瓷的熔点差异，设计石墨模具的上部与下部具有不同的截面积，将氧化铝陶瓷件位于具有较大截面积的上部，而锡青铜件置于具有具有较小截面积的下部，因此，当电流通过该石墨模具时，上部的电流密度大于下部的电流密度，使位于同一模具中的锡青铜件与氧化铝陶瓷件受到不同电流密度的作用，作用于氧化铝陶瓷件的电流密度大于作用于锡青铜件的电流密度，由此使氧化铝陶瓷件的升温速率大于锡青铜件的升温速率，从而使锡青铜件与氧化铝陶瓷件可以几乎同时分别达到各自的软化温度而软化，由此可以缩短保温时间，降低能耗。由该方法制得的锡青铜与氧化铝陶瓷的连接件具有较大的剪切强度。

附图说明

图1为本发明较佳实施例锡青铜与氧化铝陶瓷的连接方法中使用的放电等离子体烧结设备的示意图。

图2为本发明较佳实施例使用图1所示放电等离子体烧结设备进行锡青铜与氧化铝陶瓷连接的示意图。

图3为由本发明较佳实施例的锡青铜与氧化铝陶瓷的连接方法所制得的连接件的结构示意图。

主要元件符号说明

放电等离子体烧结设备        10

轴向压力系统                11

正、负电极                  12

炉膛                        13

直流脉冲电源                14

控制系统                    15

锡青铜件                    20

氧化铝陶瓷件                30