[發明專利]利用反應性多層接合制備大尺寸結合物的方法

無效

• 申請號: 200680054675.8
• 申請日: 2006-04-25
• 公開（公告）號: CN101448600A
• 公開（公告）日: 2009-06-03
• 發明（設計）人: 艾倫·杜克漢姆;杰西·E·紐森;邁克爾·V·布朗;蒂莫西·萊恩·魯德;奧馬爾·M·克尼奧;埃倫·M·海揚;賈伊·S·蘇布拉馬尼亞姆
• 申請（專利權）人: 反應性納米技術有限公司
• 主分類號: B23K20/08
• 分類號: B23K20/08;B23K31/02
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐江華;王珍仙

對相關申請的交叉引用

無。

有關聯邦政府資助研究的聲明

美國政府依據NSF授予的DMI-034972對本發明享有特定權利。

技術領域

本發明涉及利用反應性復合材料，如反應性多層箔在大尺寸結合區域上的材料主體的接合。

背景技術

諸如Weihs等人在美國專利6,534,194B2和美國專利6,736,942上所說明的反應性復合接合在室溫下非常適用于軟釬焊、熔接或者硬釬焊材料的工藝。該工藝包括在兩層可熔材料之間夾入反應性復合材料(RCM)。然后，將RCM和可熔材料放入將被接合的兩個部件之間，并引燃RCM。在RCM內發生的自傳播反應使RCM內溫度迅速升高。反應釋放的熱熔化相鄰的可熔材料層，冷卻后，可熔材料將兩個部件結合在一起。

或者，根據兩個部件的成分而不使用可熔材料層，將反應性復合材料直接放入兩個部件之間。通過引燃RCM釋放的熱能熔化相鄰部件表面的材料并由此使部件接合。

現在來看圖1，對用于執行兩個部件10A和10B的反應性復合接合工藝的設備進行說明。將反應性復合材料的薄片或層12放入已被依次夾入部件10A和10B的吻合表面(不可見)之間的可熔材料14A和14B的兩個薄片或層之間。然后例如用圖示的老虎鉗16將夾層組件壓在一起，并用例如火柴18引燃反應性復合材料。反應通過RCM12迅速傳播，熔化可熔層14A和14B。熔化層冷卻而使部件10A和10B接合在一起。RCM12通常為反應性多層箔，可熔材料14A和14B通常為軟釬焊料或硬釬焊料。

反應性復合接合工藝與諸如利用熔爐或焊炬等常規接合技術相比，使兩個部件10A和10B的接合過程更迅速。由此，在生產能力上能夠實現明顯進步。此外，由于與反應性復合接合工藝相關的非常局部的加熱，可以無熱損傷地軟釬焊或硬釬焊熱敏性部件以及諸如金屬和陶瓷等不同的材料。利用反應性復合接合工藝可以無晶粒生長地軟釬焊或硬釬焊細晶粒金屬，而且可以僅在局部偏離室溫的情況下熔接大塊非結晶材料，在最小化結晶的同時形成高強度結合。

用于反應性復合接合工藝的反應性復合材料12通常為Weihs等人在美國專利6,534,194?B2中所描述的納米結構材料。反應性復合材料12通常通過將具有較大的、負的混合熱的元素如鎳和鋁交替蒸鍍數以百計的納米級層來制造。最近的開發表明，通過改變交替層的厚度可以小心地控制反應熱及反應速度。研究還表明通過改變箔的成分或者在制造后通過低溫退火可以控制反應熱。進一步了解到用于制造納米結構反應性多層的備選方法包括機械加工。

通過使用反應性復合材料接合部件有兩個關鍵優點：快速以及使接合區域的加熱局域化。增加的速度和局域化是相對常規軟釬焊或硬釬焊方法的優點，尤其是適用于涉及熱敏性部件或者諸如發生在金屬/陶瓷間結合等在熱膨脹系數上存在較大差異的部件的應用。在常規熔接或硬釬焊中，在加工過程中可能會毀壞或損壞熱敏性部件。在部件內的殘余熱應力可能會迫使隨后進行諸如退火或熱處理等高費用和耗時的操作。相反，用反應性復合進行接合使部件承受少量熱并僅產生非常局部的溫度上升。通常，僅充分加熱相鄰的可熔層和部件的毗連表面。由此，對部件熱毀壞的風險被最小化。此外，反應性復合接合快速并產生具有成本效率、牢固和熱傳導的接合點。

然而常規反應性復合接合適用于接合長度低于約4英寸、面積低于約16平方英寸的部件，接合更大的長度和面積則存在極大的挑戰。據觀察，對于最佳接合而言，使表面盡可能地均勻和同時被接合和加熱的是有利的。當長度和面積變得更大時，由單一引燃點則更加難于保持所需的反應同時性和均勻性。此外，更大的接合區域尺寸超出易于制造的RCM的尺寸，需要多片反應性箔來覆蓋接合點表面區域。盡管接合反應通過RCM迅速傳播，但并不是大表面區域接合處的每一部分都可以被同時熔化，由此可能會引起部件之間的結合不良。而且，增加要被接合的表面積對于在接合工藝中均勻地應用到部件上的壓力提出了更加嚴格的要求。

因此，有利的是提供一種用于在表面區域上接合部件的反應性復合接合工藝，該表面區域大于單個反應性復合材料薄片的尺寸，并在部件材料之間產生牢固和相對均勻的結合。

發明內容