[發明專利]一種新型陰極高溫釬焊料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210548690.5
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN103862190A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 張小勇;李鍇;陸艷杰;李新成
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;C22C5/04;C22C1/04
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉徐紅

技術領域

本發明涉及一種新型陰極高溫釬焊料及其制備方法，具體為一種Ru-B-C合金成分的釬料粉末及其制造方法，特別是涉及新的釬料成分和電子束熔煉提純-等離子旋轉電極霧化制粉-氣流磨法破碎制造超細Ru-B-C釬料粉末的制備工藝。

背景技術

陰極被人們稱為是真空電子器件的心臟，主要分為冷陰極和熱陰極兩種，熱陰極的工作溫度一般在1100℃以上。而且在熱陰極的工作過程中，熱子的大部分熱量是通過Mo支撐筒傳導給電子發射組件（W基海綿體），因此熱陰極的W基海綿體和Mo支撐筒之間的焊接是陰極制造中的關鍵工序。目前焊接方式主要有激光焊接、電子束焊接和釬焊這三種。激光焊接速度快，深度大，變形小，但是由于焊頭周圍Ar氣氛圍小，容易造成工件的氧化，甚至熔化W海綿體里的鋁酸鹽，使用有局限性；電子束焊接高速高效，但設備體積龐大昂貴，要求有特殊的焊接結構，且易使支撐筒融化變形，使用也有局限性；釬焊則由于其相對成熟的工藝，良好的焊接質量和較高的生產效率而廣泛采用。圖1是陰極焊接結構示意圖，1為鎢海綿體，2為釬料，3為鉬筒，表明陰極W基海綿體和Mo支撐筒間釬焊的結構。

熱陰極的工作溫度高，工作真空度高等要求，及其易被毒化的特性，對釬焊的釬料的特性提出了限制區間：①釬料要有較高的熔點，最少在1400℃以上；②釬料的高溫飽和蒸汽壓低；③釬料成分中無對陰極有害的成分；④釬料與W基海綿體及Mo支撐筒的潤濕性良好；⑤釬料成分均勻穩定，固液相溫差小，焊接特性良好。目前，有多種能夠用于陰極釬焊的釬料，如Mo-Ru體系，W-Co體系，Mo-Co體系，Mo-Ni體系，Ni-B體系，其中Ru系合金釬料以其低的高溫蒸汽壓、對陰極無毒害作用及良好的母材潤濕性等優異特點而得到廣泛應用。

Ru-B系合金釬料成分位于Ru-B共晶成分（Ru-8wt%B）附近，見圖2所示的Ru-B二元合金相圖。釬料的熔點在1420～1580℃。Ru-B系合金釬料目前國內外涉及較少，但在國內外有多篇專利提到了Ru系的另一種合金焊料——Mo-Ru合金釬料的制備方法。美國專利US4859236的Mo-Ru合金成分（質量分數）為：35～50%的Ru，余量為Mo，使用MoO₃和RuO₂通過化學共沉淀法制得，粒度為-325目（約45μm）；中國專利CN?101890503?A的Mo-Ru合金成分（質量分數）為：58~56%的Mo，42~44%的Ru，使用RuCl₃與鉬酸銨通過化學共沉淀法制得，粒度小于10μm。兩個專利都采用了化學共沉淀法，是因為Mo-Ru合金釬料熔點較高，常規熔煉—機械破碎的方法難以制備，且常規方法制得的釬料成分不均，顆粒較大，不能滿足工藝要求，但化學共沉淀法制得的釬料粉末中含有一定比例的Mo、Ru單質（＞10wt%），會使釬料的固液相線溫差增大，釬焊工藝性變差。

但是由于Mo-Ru合金釬料的熔點仍然較高，在陰極的氫氣（或真空）釬焊時對于設備的要求高，無法滿足部分陰極的釬焊要求，且其成本偏高。因此歐洲專利EP2233241A1研制了新型焊料（Mo-B-C體系）以期得到性能優異，價格低廉，釬焊溫度較低的釬焊料。釬料成分（質量分數）：1～3.5%的C，1～3.5%的B，余量為Mo。此體系雖然價格低廉，但熔點過高的問題依舊存在（熔點約2000℃）。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種新型陰極高溫釬焊料及其制備方法。本發明的釬焊料為Ru-B-C體系合金成分的釬料粉末，根據本發明的焊料體系能夠較有效地降低陰極的焊接溫度（釬料的熔流點溫度為1350~1480℃），在滿足陰極釬焊要求的，同時解決現有釬料由于溫度過高而對于設備的高要求。提出的釬料制造工藝能夠有效地降低釬料中的雜質，制得顆粒細小，成分均勻的釬焊料，提高釬料的焊接性能。

一種新型陰極高溫釬焊料，是一種釕基多元合金陰極高溫釬焊料，其重量百分比組成為：Ru?89.0~97.5wt%，B?2.0~10.0wt%，C?0.5~3.0wt%。

本發明的釬料主要由Ru-B-C合金的粉末組成，Ru-B-C三元合金的含量為98wt%以上，Ru、B、C單質的含量為2wt%以下。所述釬料中，D90≤10μm，即90wt%粉末顆粒的粒度≤10μm，粉末顆粒的最大粒度≤30μm。

本發明釬料的熔流點溫度為1350℃~1480℃。

如圖2，圖3所示，可以看到少量B的加入能夠顯著地減低Ru的熔流點，C的加入也有這一效果，但沒B那么顯著。