[發明專利]一種采用瞬間液相擴散焊連接藍寶石的方法

有效

• 申請號: 202011178572.0
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112338346B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 崔煒;朱子江
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: B23K20/02
• 分類號: B23K20/02;B23K20/24;B23K20/26
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 毛燕飛

本發明公開了一種采用瞬間液相擴散焊連接藍寶石的方法，包括以下步驟：步驟一：將打磨完成后的兩塊藍寶石晶片的焊接面按面對面對接的方式，從上下兩側裝配到夾具中，并在焊接面的中間均勻的鋪設一層偏硼酸鋇粉末；步驟二：從正上方向待焊接的兩塊藍寶石晶片施加壓力，在維持壓力的前提下對藍寶石進行加熱直至偏硼酸鋇粉末完全熔化，加熱的溫度高于偏硼酸鋇的熔點溫度，低于藍寶石的熔點溫度；步驟三：停止加熱，進行保溫處理，同時提高所施加的壓力；步驟四：待保溫處理結束后，移除壓力，將連接好的晶片緩慢冷卻至30℃以下。

技術領域

本發明屬于藍寶石制造領域，具體涉及一種采用瞬間液相擴散焊連接藍寶石的方法。

背景技術

藍寶石主要由α-Al₂O₃構成，具有高硬度、高熔沸點、高耐磨性等優點。同時由于其透光性好，透射光散射率低，已被廣泛應用在醫療器械、航空航天、軍事工業等領域，比如用于制作航空器材觀察窗口和裝甲車觀察窗。同時相關領域對大尺寸藍寶石晶片的需求與日俱增。

目前，人工藍寶石的制作方法有提拉法、泡生法、熱交換法等。其中最主流的提拉法，在現有技術條件下晶坯生長直徑極限僅350mm左右。切片加工后晶片產品直徑常僅20mm。遠不足以滿足上述領域對藍寶石晶片的尺寸需求。為解決這一問題，需要提出一種可以將多塊藍寶石晶片連接起來的方法。

現有的連接藍寶石晶片的方法有三大類：漿液粘接法、擴散焊法、釬焊法。漿液粘接法并沒有實現晶片之間原子層面的結合，因而可靠性差，滿足不了高端場合的應用需求。擴散焊方法需要施加非常高的溫度和壓力，對夾具耐高溫性能和加熱冷卻方法都提出了相當高的要求，不適于民資企業的批量制作。釬焊方法雖不需要施加過高的溫度或壓力，但絕大部分用現有方法制作而成的焊接接頭有不透明的缺點，相當影響產品外觀，且不能應用于光學儀器。

發明內容

針對藍寶石焊接所存在的問題，本發明提出一種采用瞬間液相擴散焊連接藍寶石的方法。

實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

一種采用瞬間液相擴散焊連接藍寶石的方法，包括以下步驟：

步驟一：將打磨完成后的兩塊藍寶石晶片的焊接面按面對面對接的方式，從上下兩側裝配到夾具中，并在焊接面的中間均勻的鋪設一層偏硼酸鋇粉末；

步驟二：從正上方向待焊接的兩塊藍寶石晶片施加壓力，在維持壓力的前提下對藍寶石進行加熱直至偏硼酸鋇粉末完全熔化，加熱的溫度高于偏硼酸鋇的熔點溫度，低于藍寶石的熔點溫度；

步驟三：停止加熱，進行保溫處理，同時提高所施加的壓力；

步驟四：待保溫處理結束后，移除壓力，將連接好的晶片緩慢冷卻至30℃以下。

作為本發明的進一步改進，步驟一中，所述的藍寶石晶片選用（001）的晶面作為焊接面，還包括或不包括對焊接面進行拋光處理，拋光處理后，所述焊接面的表面粗糙度為1nm-5um。

作為本發明的進一步改進，步驟一中，所述的偏硼酸鋇粉末按5-50mg/mm2的量鋪設在焊接面上。

作為本發明的進一步改進，步驟二中，所述施加的壓力為0.005-0.05 MPa。

作為本發明的進一步改進，步驟二中，加熱的溫度為1300-1800℃。

作為本發明的進一步改進，步驟三中，所述的保溫處理中，所述采用的保溫溫度為1200-1300℃，保溫時間為0.1-5小時。

作為本發明的進一步改進，步驟三中，所采用的壓力為0.01-0.05MPa。

作為本發明的進一步改進，步驟四中，控制晶片按3-10℃/min的降溫速度進行降溫。