[發(fā)明專利]一種復合焊料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510076806.3
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104708161B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發(fā)明（設計）人: 毛樣武;汪盛;郭貝貝;王升高;鄧泉榮;陳喆
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: B23K1/008
• 分類號: B23K1/008;B23K1/19;B23K1/20;B23K35/30;B23K103/18
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發(fā)明屬于用于異種材料釬焊的焊料制備技術領域，涉及石墨/銅接頭的制備，具體地說，是指一種用于制備石墨/銅接頭的復合焊料。

背景技術

石墨具有質輕、高比強度、耐熱、耐腐蝕、導電導熱性能良好以及抗熱震性能優(yōu)良等特性，在工業(yè)中具有廣泛的應用。在汽車新型碳換向器制備中需要將石墨與銅連接，以提高換向器的耐磨性，從而延長其使用壽命。另外，碳材料作為核聚變中的面向等離子體材料時，需要與高導熱的銅熱沉連接以加強散熱作用。

但是，銅在石墨表面的潤濕性較差，且石墨與銅的熱膨脹系數(shù)差異較大，因此連接后在接頭中會產(chǎn)生較大的殘余熱應力。針對石墨與銅潤濕性較差的問題，目前主要通過對石墨表面改性或采用活性釬料的方法來解決。對于制備石墨/銅接頭所用的焊料，目前主要包括AgCuTi、NiCrP、NiCrPCu、CuSiAlTi、TiCuNi及非晶態(tài)TiZrCuNi釬料等。但由于在核聚變裝置中應用Ag會轉變成Cd，從而使接頭性能變差。因此AgCuTi焊料無法滿足連接件用于核聚變的需求。其他焊料及非晶態(tài)TiZrCuNi釬料的制備較為麻煩，需要先將金屬或合金熔煉，然后制成粉末狀或箔狀，制備工藝較為復雜，因此成本較高。另外，活性釬料也無法解決緩解石墨/銅接頭中的殘余熱應力問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現(xiàn)有焊料存在的不足，提供一種用于石墨/銅接頭制備的復合焊料，所述的復合焊料可以用于石墨/銅接頭的制備，可以提高接頭性能。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的方案是：一種石墨/銅接頭的焊接方法，包括有以下步驟：

1)復合焊料的配制

選取粒徑為微米級的Cu粉、TiH₂粉和碳粉，將Cu粉、TiH₂粉及碳粉按比例混合；將混合粉末在酒精中用超聲波振動混合；然后將粉體干燥，然后倒入研缽中繼續(xù)研磨，得到(Cu-TiH₂)/C復合焊料；

2)連接表面預處理

將石墨和銅的連接端面進行研磨，在酒精中用超聲波清洗后吹干備用；

3)連接工藝

取適量上述步驟1)制得的復合焊料，加入丙三醇溶劑調和成粘稠膏狀，然后將其涂覆在經(jīng)步驟2)處理后的連接端面上；合上兩連接端面，置于石墨模具中，在連接件上面施加的壓力，然后將連接件放入高溫真空爐中進行連接，保溫后冷卻至室溫，取出，獲得石墨/銅接頭。

按上述方案，所述的微米級的Cu粉和TiH₂粉的粒徑均為15～50μm。

按上述方案，Cu粉和TiH₂粉體的質量比為1：1，復合焊料中碳粉的質量分數(shù)為1.8％～3.0％。

按上述方案，步驟3)的加熱過程為：首先以8～12℃/min速率升溫至450～500℃，保溫50min～60min，然后以8～12℃/min速率升溫至800℃，再以4～6℃/min速率升溫至930～960℃，保溫5～15min后，隨爐冷卻至室溫。

按上述方案，步驟3)的連接件上施加的壓力是9～10kPa。

經(jīng)上述方法連接后得到的焊料層均勻致密，與母材形成了良好的冶金結合和機械咬合。

本發(fā)明的基本原理：本發(fā)明的復合焊料在連接過程中，TiH₂首先分解生成Ti，釬焊時，Cu-Ti合金形成液態(tài)，Ti與石墨發(fā)生界面反應，形成較薄的TiC反應層。同時，Ti與焊料中的碳粉發(fā)生原位反應，生成TiC增強相顆粒。連接層主要由Cu基固溶體、Cu-Ti金屬間化合物及TiC增強相等組成。由于原位生成的增強相尺寸較小且分布均勻，在連接層中起顆粒彌散強化的復合作用。另外，原位形成的TiC增強相熱膨脹系數(shù)較低，也可以部分緩解石墨/銅接頭的殘余熱應力，因此可以提高接頭性能。

本發(fā)明的主要優(yōu)點是：

(1)本發(fā)明的復合焊料主要由粉體材料組成，成本低廉，焊料制備工藝簡單；

(2)本發(fā)明的復合焊料用于制備石墨/銅接頭，接頭強度較高，可達石墨母材的83％～91％；(3)本發(fā)明的復合焊料使用方面，用涂覆法即可，因此工藝成本較低。

附圖說明

圖1是復合焊料的X射線衍射(XRD)圖譜；

圖2是石墨/銅接頭制備的示意圖；

圖3是實施例1采用(Cu-TiH₂)+C復合焊料制備石墨/銅接頭的界面區(qū)域的顯微形貌；

圖4是實施例1采用采用(Cu-TiH₂)+C復合焊料制備石墨/銅接頭的界面區(qū)域的XRD圖譜。