[发明专利]金属-陶瓷封接方法、金属-陶瓷复合结构

说明书

本发明公开了一种金属‑陶瓷封接的方法，金属‑陶瓷封接的方法包括：在金属零件表面形成多个第一沟槽，以抑制焊料向非封接区域铺展；在封接模具表面形成多个第二沟槽，第二沟槽的深宽比小于第一沟槽的深宽比，封接模具用于对金属零件进行定位；第二沟槽对表面改性剂溶液有较好的润湿作用，将表面改性剂均匀的铺展在封接模具的表面；对封接模具和表面改性剂进行风干、烧结处理，得到具有阻焊性的封接模具；利用具有阻焊性的封接模具对金属零件和陶瓷进行封接；其中，封接模具与金属零件由同一种材料制成。本发明还提供一种利用上述的方法封接得到的金属‑陶瓷复合结构。

技术领域

本发明属于电真空器件制备领域，尤其涉及一种用于电真空器件的金属-陶瓷封接方法以及金属-陶瓷复合结构。

背景技术

电真空器件的制备涉及大量的金属-陶瓷封接结构，金属材料主要有4J33瓷封合金、4J34瓷封合金等，如需设计柔性焊边，也可采用不锈钢、钼、铜等，陶瓷材料主要有氧化铝、蓝宝石、金刚石等，常用的电真空器件封接模具材料主要有发黑不锈钢和陶瓷。

发黑是化学表面处理的一种常用手段，原理是使金属表面产生一层氧化膜，以阻止焊料在封接模具表面浸润，达到阻焊目的。但是电真空器件的金属-陶瓷封接，大都在还原性气氛氢气的保护下进行，温度超过1000℃，氧化膜极易被还原，失去阻焊特性，这种方法仅适用于一些低熔点的焊料封接，对于铜等高温焊料，阻焊性较差，而且氧化膜的阻焊性相比于陶瓷材料本身，还存在明显不足，较大面积的焊料流散在氧化膜表面，仍旧存在粘模的风险。

在膨胀系数方面，发黑不锈钢的膨胀系数约为16.6×10^-6/K，是瓷封合金材料的2.7倍，一般放置在电真空器件的组件内部定位，以便高温状态下获得较小的配合间隙，提高定位精度，低温状态下获得较大的配合间隙，方便拆装模具。但膨胀系数大都不是随着温度呈线性关系，因此不同的封接温度条件下，这种关系也在不断变化，这就导致封接模具和金属零件的配合间隙，需要特别设计和试验。即便通过反复试验找到某个工装在高温状态的滑配效果，冷却过程中，发黑不锈钢快速收缩，被封接件失去定位支撑，从金属-陶瓷封接面传导的焊接应力极易造成薄壁零件的变形，限制了定位精度的提升。

陶瓷材料具有天然的阻焊性，但其加工制造困难，尤其是复杂结构的位置公差精度难以达到0.1mm。电真空器件的几何精度要求封接模具有多个不同直径、不同高度的定位面，因此封接模具常设计成阶梯轴结构，在特定的位置还需要加工通气孔，陶瓷材料的加工难以实现这些工艺要求，只有直径相同的一根陶瓷杆作为封接模具有应用，其余情况均应用较少。在膨胀系数方面，陶瓷材料的膨胀系数小于常用的金属零件材料瓷封合金，这就使得它放置在器件的组件内部时，不符合大小间隙规律，放置在外部时，结构设计困难，且遮挡炉温向封接零件扩散。

发明内容

针对当前金属-陶瓷封接中封接模具的缺陷，为了满足电真空器件封接的要求，本发明提供了一种金属-陶瓷封接方法，对金属零件和封接模具进行表面处理，以解决金属-陶瓷封接的封接模具材料和金属零件材料膨胀系数差异导致的上述至少一个问题。

有鉴于此，本发明提供了一种金属-陶瓷封接的方法，包括：

在金属零件表面形成多个第一沟槽，以抑制焊料向非封接区域铺展；

在封接模具表面形成多个第二沟槽，第二沟槽的深宽比小于第一沟槽的深宽比，封接模具用于对金属零件进行定位；

将表面改性剂均匀的铺展在封接模具的表面；

对封接模具和表面改性剂进行风干、烧结处理，得到具有阻焊性的封接模具；

利用具有阻焊性的封接模具对金属零件和陶瓷进行封接；

其中，封接模具与金属零件由同一种材料制成。

根据本发明的实施例，利用具有阻焊性的封接模具对金属零件和陶瓷进行封接包括：