[其他]陶瓷與陶瓷或陶瓷與金屬的粘結(jié)方法

無(wú)效

• 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

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。