[發(fā)明專利]高能焊接組合物和焊接方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680007523.2
• 申請(qǐng)日: 2006-02-10
• 公開（公告）號(hào): CN101505911A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安德魯·F·斯基波;克里斯那·D·約恩納拉加達(dá);史蒂文·M·謝伊弗斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 摩托羅拉公司
• 主分類號(hào): B23K35/34
• 分類號(hào): B23K35/34
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 郭國清;樊衛(wèi)民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及小金屬粒子的熔點(diǎn)降低。更具體地，本發(fā)明涉及 焊接組合物，其具有熔點(diǎn)降低的高能金屬粒子。

背景技術(shù)

從二十世紀(jì)五十年代起，當(dāng)注意到這些極小的金屬粒子具有比大 塊材料更低的熔點(diǎn)時(shí)，開始對(duì)納米級(jí)金屬粒子的熔點(diǎn)降低現(xiàn)象進(jìn)行了 研究。這是由于隨著納米結(jié)構(gòu)尺寸的降低，所述表面的重要作用隨之 升高。隨著所述尺寸的降低，與內(nèi)部相對(duì)比，占據(jù)所述表面或界面位 的原子比例增大。這些界面原子比本體原子(bulk?atom)具有更高的 能量，這促進(jìn)了所述納米粒子的熔化。然而，直至今日并不完全清楚 這種機(jī)理。最初，利用x射線衍射(XRD)確定是否這些非常小的固 體粒子從有序相變?yōu)闊o序相，后來通過透射電子顯微鏡(TEM)監(jiān)測 晶體結(jié)構(gòu)的損失。再近來，采用其他實(shí)驗(yàn)方法例如量熱法測量作為溫 度函數(shù)的熱容量和熔化潛熱。已經(jīng)開發(fā)了稱為納米量熱法的新的量熱 技術(shù)，其中所述納米量熱法測量熱的納焦耳(nano-Joules)。2002年 Illinois大學(xué)的Leslie?Allen博士研究出一種熔點(diǎn)與粒度關(guān)系的簡單表達(dá) 式：

Tm(r)＝156.6—(220/r)

其中Tm(r)是以攝氏度表示的熔化溫度，r是以納米表示的粒子半 徑。觀察所述等式表明，僅在所述粒子半徑接近5～10納米的范圍時(shí)， 發(fā)生明顯的熔點(diǎn)下降，并且當(dāng)粒度直徑超出50納米時(shí)，沒有出現(xiàn)明顯 的熔點(diǎn)下降。此外，所有的現(xiàn)有技術(shù)研究均關(guān)注的是純的金屬，而非 金屬混合物或合金。研究迄今為止，存在對(duì)于粒度范圍大于1～50納 米的金屬和金屬合金粒子熔點(diǎn)進(jìn)行降低的需要。

附圖簡要說明

本發(fā)明認(rèn)為具有新穎性的特征在隨附的權(quán)利要求中說明。然而， 可通過參考本發(fā)明以下的詳細(xì)說明而最好地與本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)一 起理解本發(fā)明自身，其既作為操作的組織也作為操作的方法，所述本 發(fā)明的詳細(xì)說明結(jié)合以下附圖描述了本發(fā)明特定示例性實(shí)施方式，其 中：

圖1是描述根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施方式的鐵粒子粒度分布的柱狀圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施方式的錫高能粒子的差示掃描量熱法 圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施方式與小尺寸高能粒子混合的本體粒 子的示意圖。

具體實(shí)施方式

盡管本發(fā)明實(shí)施方式可以有許多不同的形式，在圖中所示和本文 中將詳細(xì)描述的具體實(shí)施方式，應(yīng)理解為本發(fā)明的公開認(rèn)為是本發(fā)明 原理的例子而并非意欲將本發(fā)明限于所示和描述的具體實(shí)施方式。在 下面的說明中，類似的參考號(hào)用于描述所述圖的若干視圖的相同、類 似或相應(yīng)的部件。用于將金屬結(jié)合到一起的低溫、高能焊接組合物， 其含有助熔劑和懸浮在所述助熔劑內(nèi)的高能金屬粒子，以使得所述高 能金屬粒子的熔點(diǎn)降低至比常規(guī)本體金屬的熔化溫度低至少3攝氏度。 通過使所述高能金屬粒子與一種或多種金屬表面接觸并在助熔劑的存 在下加熱所述高能金屬粒子以熔化所述高能金屬粒子并將它們?nèi)酆系? 所述金屬表面而形成焊縫。

傳統(tǒng)意義上將固體的熔點(diǎn)定義為當(dāng)所述材料熔化時(shí)，形成的固體 蒸汽壓力與液體蒸汽壓力相同時(shí)的溫度。之前許多研究者已經(jīng)利用錫、 金和銦的納米級(jí)粒子研究了熔點(diǎn)和粒度之間的關(guān)系。所有這些研究關(guān) 注的均是通過真空蒸發(fā)產(chǎn)生的直徑小于50納米的材料，且大多數(shù)文獻(xiàn) 指出，當(dāng)粒度超出該水平時(shí)所述熔點(diǎn)的顯著變化停止。盡管我們對(duì)該 粒度范圍感興趣，我們?cè)谶@里引入普遍更大的粒度范圍以使這種現(xiàn)象 的應(yīng)用更實(shí)用。應(yīng)注意的是，這些較大的粒子不是通過常規(guī)用于制備 用于焊膏的焊料的方法產(chǎn)生的。我們的工作表明，在直徑大于50納米 的固體中表現(xiàn)出了熔點(diǎn)抑制，所述固體具有比金屬或金屬合金的熱力 學(xué)最穩(wěn)定的體相更高的能量。我們將“高能粒子”定義為在相等的溫 度和壓力下，具有比熱力學(xué)能量最低的體相或多相更大的蒸汽壓力的 那些粒子。“本體”理解為是指歸于單一結(jié)合個(gè)體的基本足夠量的材 料，以使得無論特定的外部影響(例如，置于張力或壓力或其他機(jī)械 作用下)或誘因(例如，置于電場或磁場)，所述材料可呈現(xiàn)可獲得 的最低熱力學(xué)狀態(tài)，但對(duì)于保持獲得的最低熱力學(xué)狀態(tài)無進(jìn)一步的要 求。