[發(fā)明專利]熱膨脹系數(shù)相匹配的銅焊體系

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200580041105.0
• 申請(qǐng)日: 2005-11-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101068647A
• 公開(kāi)（公告）日: 2007-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·C·塔克;C·P·雅各布森;L·C·德容赫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 加州大學(xué)評(píng)議會(huì)
• 主分類號(hào): B23K1/19
• 分類號(hào): B23K1/19;B23K1/00;B32B15/04;C22C49/14
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 溫宏艷;韋欣華

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2004年11月30日提交的標(biāo)題為BRAZE?SYSTEM WITH?MATCHED?COEFFICIENTS?OF?THERMAL?EXPANSION的 美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?0/632,014的優(yōu)先權(quán)。

政府資助申明

本發(fā)明得到政府合同DE-AC02-05CH11231的資助，由美國(guó)能 源部授予The?Regents?of?the?University?of?California(加利福尼亞大學(xué) 校委)，用于Lawrence?and?Berkeley?National?Laboratory的管理與運(yùn) 行。政府在本發(fā)明中享有一定權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種通過(guò)添加顆粒或纖維填料使熱膨脹系數(shù)降低的釬 焊(braze)組合物，涉及該組合物的用途，以及涉及使用該釬焊組合物 連接兩個(gè)或者多個(gè)陶瓷或陶瓷和金屬元件制得的復(fù)合元件。

背景

釬焊廣泛用于金屬的連接，其通過(guò)將釬焊材料高溫熔融并與待連 接材料表面反應(yīng)，在釬焊材料冷卻和固化后產(chǎn)生粘合而進(jìn)行。適當(dāng)?shù)? 釬焊材料潤(rùn)濕待連接材料的表面，讓它們相連接而物理上不發(fā)生變化。 為此，釬焊材料通常在與待連接材料熔點(diǎn)相比較低的溫度下熔融。雖 非必須，但通常加熱和冷卻在真空和惰性氣體中進(jìn)行。釬焊材料常基 于金屬例如銀，金、銅，鎳，鈦，鈀，鉑，鉻及其合金。釬焊基料中 也可以包含少部分的寬范圍的用于調(diào)節(jié)所得合金的各種性能的其他元 素。釬焊可以有效地用于同種材料或異種材料的連接，如金屬與金屬， 陶瓷與陶瓷，和金屬與陶瓷。各種金屬與陶瓷的焊接，可用于生產(chǎn)燈 泡，高爾夫球棒，熔爐，半導(dǎo)體處理室，熱障涂層，燃料電池以及其 它電化學(xué)裝置，科技設(shè)備等。

在釬焊陶瓷的情況下，通常需要對(duì)陶瓷表面進(jìn)行處理，以便獲得 陶瓷和釬焊材料之間的牢固連接。處理方法有多種，包括在釬焊操作 之前在陶瓷元件上鍍一層金屬膜，或在釬焊材料合金中引入某種元素， 該元素在釬焊操作期間可與陶瓷表面反應(yīng)。反應(yīng)性元素一般為鈦，鉿， 釩，鈮或鋯。可以容納反應(yīng)性元素作為釬焊填料上的覆層，或作為釬 焊合金的組分。

在大多數(shù)情況下，釬焊材料和待連接元件的熱膨脹系數(shù)(CTE) 顯著不同。在陶瓷與其它易碎連接件情況下，這種熱膨脹系數(shù)的不匹 配可以導(dǎo)致足量的應(yīng)力，以致在釬焊操作之后冷卻，或使用焊接期間 產(chǎn)生熱偏移導(dǎo)致焊料/易碎連接件界面附近發(fā)生破裂。這種破裂是對(duì)接 頭的理想性能如接頭強(qiáng)度，使用壽命和氣密性是有害的。釬焊合金合 金與連接件，或連接件之間的熱膨脹系數(shù)的不匹配都可能導(dǎo)致破裂。

已經(jīng)提出了一種具有降低熱應(yīng)力的顆粒填料的釬焊材料。例如， Makino等人，(US?6,390,354和US?6,742,700)公開(kāi)了一種CTE與氧化鋁 的CTE匹配度很好的氧化鋁填充焊料，從而避免氧化鋁鋁連接件發(fā)生 破裂。但是陶瓷顆粒的表面需要金屬鍍層來(lái)增強(qiáng)其與釬焊材料的浸潤(rùn) 性，這種顆粒狀氧化鋁填料最高到接頭體積的90％，這降低了接頭的 電導(dǎo)率，從而在很多應(yīng)用中不利地?fù)p害了接頭性能。此外，氧化鋁比 其他陶瓷，如YSZ，更不易斷裂，試驗(yàn)表明氧化鋁填充的釬焊材料不 足以無(wú)裂紋地有效連接YSZ。

因此，需要改善的釬焊組合物，該釬焊組合物能夠在易于破裂的 材料(即陶瓷)用作連接件時(shí)提供堅(jiān)固、氣密性的接頭。

發(fā)明概述

一方面，本發(fā)明涉及一種復(fù)合釬焊組合物，其可用于在其中至少 一個(gè)連接件含有陶瓷(例如為陶瓷或金屬陶瓷)時(shí)制造堅(jiān)固、氣密性 的接頭。該釬焊組合物可以經(jīng)配制以減少陶瓷連接件與釬焊或其他連 接件之間的熱膨脹系數(shù)不匹配導(dǎo)致的熱應(yīng)力。該釬焊組合物包含與一 種或多種熱膨脹系數(shù)很低(如，不高于6×10^-6/K)或?yàn)樨?fù)值的顆粒填 料或纖維填料混合的粉末狀，糊狀或塊狀形式的釬焊合金。還提供了 用該釬焊組合物來(lái)連接元件的用途，其中所述元件的至少之一包含陶 瓷，以及通過(guò)使用所述釬焊組合物連接兩個(gè)或者多個(gè)元件產(chǎn)生的復(fù)合 元件，其中所述元件的至少之一含陶瓷。