[发明专利]一种钎焊高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的银基钎料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钎焊高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的钎料的制备方法。

背景技术

碳化硅颗粒增强铝基复合材料因其具有高比强度、比刚度、尺寸稳定性、可设计性以及耐磨、耐腐蚀、耐射线等优异性能，特别是原材料来源充分、制造成本低、市场容易接受，是金属基复合材料中应用潜力最广的新型结构材料，可广泛应用于航空航天、汽车制造、仪器仪表、电子信息、精密机械等产业领域。然而，这种新型结构材料的推广应用却遇到了一个瓶颈技术难题——焊接性很差。这是由于增强相与铝合金基体物理化学性能的巨大差异，用熔化焊方法获得高质量的焊接接头是极其困难的，极易产生气孔、夹渣、疏松、未焊透等缺陷，同时在焊接高温情况下，碳化硅将与铝液发生界面反应，生成C₃Al₄针状有害化合物，接头强度很低。近几年，牛济泰等人发明了碳化硅颗粒增强铝基复合材料的扩散焊、真空钎焊、炉中钎焊、电阻焊工艺等并获得了多项国家发明专利，开辟了新的研究思路，在真空条件下虽然实现了复合材料与可伐合金的有效连接，但在钎料与可伐合金之间生成了较多的铁铝化合物脆性相，削弱了接头强度。哈工大的闫久春等人发明了有关铝基复合材料的振动焊、超声波毛细焊接等工艺并成功应用于航天结构连接，但对于服役环境十分苛刻的高端产品，焊接质量尚有待进一步提高。其根本原因是复合材料表面裸露着大量的SiC陶瓷增强相，它含有离子键与共价键，很难被含金属键的钎料所润湿，给钎焊过程带来了极大的难度，进一步研制更为有效的钎焊钎料势在必行。

发明内容

本发明是要解决目前电子封装领域无565℃～585℃温度范围钎料且焊缝强度低的问题，而提供一种钎焊高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的银基钎料的制备方法。

一种钎焊高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的银基钎料的制备方法是按以下步骤完成的：

一、按质量百分数45～50%Ag、16～20%Cu、16～20%In、15～18%Sn和0.5～1.5%Ti称取原料；

二、将步骤一称取的45～50%Ag和16～20%Cu放在高频感应真空熔炼炉中，在真空度为1Pa，熔炼温度为1350℃的条件下熔炼15min～20min，空冷后得到Ag-Cu中间合金，将Ag-Cu中间合金分成两半，得到Ag-Cu中间合金A和Ag-Cu中间合金B，且所述的Ag-Cu中间合金A与Ag-Cu中间合金B的质量比为1:1；

三、在高频感应真空熔炼炉中加入步骤二得到的Ag-Cu中间合金A、步骤一称取的16～20%In和15～18%Sn，在真空度为1Pa，熔炼温度为850℃的条件下熔炼5min～10min，空冷后得到Ag-Cu-In-Sn合金；

四、在真空非自耗电弧熔炉中加入步骤二得到的Ag-Cu中间合金B和0.5～1.5%Ti，然后将真空腔内抽真空至绝对压力为4×10^-3Pa，再充入高纯的氩气至真空腔相对压力为-0.04MPa～-0.02MPa，在熔炼温度为1750℃的条件下熔炼5min～10min，空冷后得到Ag-Cu-Ti中间合金；

五、在真空非自耗电弧熔炉中加入步骤三得到的Ag-Cu-In-Sn合金和步骤四得到的Ag-Cu-Ti中间合金，然后将真空腔内抽真空至绝对压力为4×10^-3Pa，再充入高纯的氩气至真空腔相对压力为-0.04MPa～-0.02MPa，在熔炼温度为1750℃的条件下熔炼5min～10min，空冷后得到混合均匀的Ag-Cu-In-Sn-Ti合金球；

六、采用砂轮对混合均匀的Ag-Cu-In-Sn-Ti合金球进行打磨，去掉Ag-Cu-In-Sn-Ti合金球表面的氧化层，然后用机械法将打磨后的Ag-Cu-In-Sn-Ti合金球破碎成尺寸小于30mm的Ag-Cu-In-Sn-Ti合金块；

七、对内径为30mm的石英试管的底部开缝，缝宽0.4mm，然后将尺寸小于30mm的Ag-Cu-In-Sn-Ti合金块放入底部开缝的石英管中，得到装有Ag-Cu-In-Sn-Ti合金碎块的石英管；

八、将装有Ag-Cu-In-Sn-Ti合金碎块的石英管放入甩带机的加热感应线圈中，然后将甩带机内腔抽真空至绝对压力为4×10^-3Pa，再充入高纯的氩气至甩带机内腔相对压力为-0.07MPa～-0.04MPa；