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[其他]陶瓷與陶瓷或陶瓷與金屬的粘結(jié)方法無(wú)效

專利信息
申請(qǐng)?zhí)枺?/td> 86102112 申請(qǐng)日: 1986-03-31
公開(公告)號(hào): CN86102112A 公開(公告)日: 1986-12-24
發(fā)明(設(shè)計(jì))人: 山田俊宏;河野顯臣 申請(qǐng)(專利權(quán))人: 株式會(huì)社日立制作所
主分類號(hào): C04B37/00 分類號(hào): C04B37/00
代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利代理部 代理人: 段成恩,徐汝巽
地址: 日本*** 國(guó)省代碼: 暫無(wú)信息
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摘要:
搜索關(guān)鍵詞: 陶瓷 金屬 粘結(jié) 方法
【說明書】:

本發(fā)明涉及到陶瓷與陶瓷或陶瓷與金屬的粘結(jié)方法。特別是涉及到適用于機(jī)器的一些構(gòu)件,電子原件或類似部件的粘結(jié)方法。

英國(guó)專利No761045公開了一種氧化鋁與金屬的粘結(jié)方法。該方法包括:使銅氧化,將已氧化的鋼(氧化亞銅:Cu2O)置于陶瓷基質(zhì)上,在高于銅的熔點(diǎn)(1083℃)并低于氧化銅的熔點(diǎn)(1230℃)的溫度下,加熱氧化亞銅與陶瓷兩者(使在銅上形成氧化銅),然后使氧化銅和液態(tài)銅組成的低共熔晶體與基質(zhì)反應(yīng),由此使氧化鋁與金屬粘結(jié)。

上述方法需要將待粘結(jié)件加熱到高于1083℃低于1230℃的高溫,當(dāng)冷卻已粘合的部件時(shí),由于氧化鋁與金屬的熱膨脹系數(shù)不同,而產(chǎn)生熱應(yīng)力。因此,氧化鋁往往會(huì)開裂,導(dǎo)致強(qiáng)度可靠性的降低。更嚴(yán)重的是,金屬被加熱時(shí)發(fā)生變形。美國(guó)專利No4037027公開的方法,其特征在于在較低溫度下加熱待粘結(jié)件,在這樣的溫度下插接料不會(huì)熔化,并使待粘結(jié)件緊緊壓合,即固相粘結(jié)法。根據(jù)這種方法,由于加熱溫度低,不會(huì)產(chǎn)生大的熱應(yīng)力。但是,由于此插接料不被熔化,并在該插接料表面形成氧化層,因此插接料與粘結(jié)件之間反應(yīng)緩慢,從而在短時(shí)間內(nèi)很難獲得高的粘結(jié)強(qiáng)度。并且需要很高的壓力才能使粘結(jié)表面緊密結(jié)合在一起。

本發(fā)明的目的在于提供一種陶瓷與陶瓷或陶瓷與金屬的粘結(jié)方法,其特征在于降低結(jié)合溫度以抑制在冷卻粘結(jié)件時(shí)熱應(yīng)力的產(chǎn)生。因此根據(jù)本發(fā)明的方法,陶瓷幾乎不發(fā)生開裂,從而提高了強(qiáng)度的可靠性。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種陶瓷與金屬的粘結(jié)方法,其特征在于此時(shí)的粘結(jié)是在低溫低粘結(jié)壓力下進(jìn)行,因而減少了金屬的熱變形,因此能獲得高尺寸精度的產(chǎn)品。

為達(dá)到上述目的,本發(fā)明方法包括:放置一種作為插接料的薄板件于陶瓷粘結(jié)件之間或陶瓷粘結(jié)件與金屬粘結(jié)件之間,其中薄板件包括由鋁或鋁合金制成的芯片以及由鋁-硅合金制成的表面層,粘結(jié)是在高于鋁-硅合金的固線溫度并低于鋁或合金熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行(在此溫度下,鋁-硅合金被熔化而鋁和鋁合金都不會(huì)熔化),同時(shí)壓緊此插接料。粘結(jié)操作最好是在真空或惰性氣氛中進(jìn)行。鋁或鋁合金的熔點(diǎn)最高為660℃。因此,即使在高于其熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行粘結(jié),在冷卻過程中,也只在其熔點(diǎn)到室溫的溫度范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力,從而溫度降低不大。另外,鋁或鋁合金具有非常低的屈服點(diǎn)。因此,在冷卻過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力將由于鋁或鋁合金的屈服而松馳。由于這些原因,顯著地抑制了陶瓷中熱應(yīng)力的產(chǎn)生,這樣就防止了在先有技術(shù)中經(jīng)常出現(xiàn)的那種陶瓷斷裂現(xiàn)象。

按照本發(fā)明粘結(jié)的陶瓷實(shí)例包括:氮化硅(Si3N4)、硅鋁氧氮(Sialon)、二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、玻璃、鐵氧體(Mn-Zn鐵氧體)、氧化鋯(Zr O2)、鈦酸鋇(Ba Ti O3)和鈦酸鈣(Ca Ti O3)。本發(fā)明的方法與先有技術(shù)相比,具有很寬的實(shí)用范圍。

圖1為一個(gè)示意圖,表明按本發(fā)明的方法將兩個(gè)陶瓷軸相互粘結(jié)或?qū)⒁惶沾奢S與一金屬軸粘結(jié)的實(shí)例。

圖2為一個(gè)示意圖,表明按本發(fā)明的方法將兩個(gè)陶瓷塊相互粘結(jié)的實(shí)例。

圖3為一個(gè)示意圖,表明按本發(fā)明的方法將兩個(gè)陶瓷塊相互粘結(jié)的實(shí)例。

實(shí)例1

硅鋁氧氮與Cr-Mo鋼的粘結(jié)

如圖1所示,三層復(fù)合板3(0.6毫米厚)包括用鋁合金(Al-1%Mn合金)制的0.5毫米厚的芯片4,以及用Al-Si-Mg合金(Al-10%Si-2%Mg)制的0.05毫米厚的兩表面層5,插接于用硅鋁氧氮制的軸1(直徑為10毫米)和用Cr-Mo鋼制的軸2(直徑為10毫米)之間。把所得到結(jié)構(gòu)件保持在600℃的粘結(jié)溫度,10-4托的真空條件以及1.0千克·力/平方毫米的粘結(jié)壓力下15分鐘,使兩根軸粘合。上述Al-Si-Mg合金的熔點(diǎn)約為585℃。因此,只有復(fù)合板3的兩表面層5在600℃的粘結(jié)溫度下熔化,通過復(fù)合板3的冶金化,從而鋁和硅與硅鋁氧氮和鐵反應(yīng),從而使硅鋁氧氮軸1與Cr-Mo鋼軸2完全結(jié)合。鎂提高了Al-Si合金熔體對(duì)硅鋁氧氮和鐵的潤(rùn)濕能力。

在以上實(shí)例中,所結(jié)合的軸1和軸2的粘結(jié)強(qiáng)度(四點(diǎn)彎曲試驗(yàn))約為10千克·力/平方毫米,并且斷裂位置在軸2與復(fù)合板3之間的粘合面處。確切地說,Al與Fe的金屬互化物較脆,從而引起這一部位發(fā)生斷裂。因此,為了進(jìn)一步提高粘結(jié)強(qiáng)度,最好把熱膨脹率低的材料插接于軸2與復(fù)合板3之間。

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