将用于联接结构的聚合物、陶瓷和复合材料金属化制造技术

一种制造方法，包括在非金属部件的表面上形成金属化连接层，设置非金属部件的表面以与第二部件的金属表面相配合，和使用金属到金属接合技术将金属化连接层与第二部件的配合的金属表面相接合。

Metallization of polymers, ceramics and composites for joining structures

A manufacturing method includes forming a metallized connection layer on the surface of a non-metallic component, setting the surface of a non-metallic component to match the metal surface of the second component, and joining the metal surface to the metal surface of the second component by metal to metal bonding technology.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将用于联接结构的聚合物、陶瓷和复合材料金属化相关申请的交叉引用本申请要求于2016年10月26日提交的题为将用于联接结构的聚合物、陶瓷和复合材料金属化的第15/334,986号美国专利申请的优先权，并且要求2015年10月27日提交的第62/246,909号美国临时申请和2016年3月23日提交的第62/312,012号美国临时申请的优先权。
本专利技术大体上涉及将聚合物、陶瓷或陶瓷-聚合物复合材料部件联接到另一部件的技术。
技术介绍
在包覆成型(overmolding)中在聚合物、陶瓷或陶瓷-聚合物复合材料部件与组件内的一种或多种下面的部件之间形成的结构联接，可能难以获得充分的结合。当整体组件优选为尽可能小的尺寸时，这种情况会加剧，因为包覆成型需要增加组件的体积。包覆成型的部件表面与下面的部件的表面可能有限地粘结或者不粘结。与组件内部件的相邻表面彼此粘结的另外的方案相比，这种在包括包覆成型部件的组件的相配合的表面之间缺少粘结可能会限制组件的强度。
技术实现思路
本文公开的制造技术使在非金属部件例如聚合物(如塑料)、陶瓷或陶瓷-聚合物复合材料部件上联接表面，用以将非金属部件联接到金属部件或另外的非金属部件上变得容易。作为一个实例，使待接合的表面金属化以提供“连接(tie)”层，从而使得能够应用其他的结合方法。对于聚合物和陶瓷部件，金属化层可以通过溅射来施加，例如用铬和/或铜溅射。对于金属部件，如果需要，可以使用溅射或镀，例如镀镍，以提供适合于接合的金属化“连接”层。金属化“连接”层可以用多种方法接合，包括例如软钎焊(soldering)、硬钎焊(brazing)、粘合剂结合(使用为金属到金属结合设计的粘合剂)、金属熔合结合(例如金熔合结合)、和其它金属到金属接合技术。本文公开的技术可特别用于接合塑料到塑料、陶瓷到陶瓷、陶瓷到金属、陶瓷到塑料和/或塑料到金属部件，用于暴露于恶劣环境例如医疗应用的产品。当将部件的表面接合到至少一个聚合物或陶瓷表面时，例如组件44的非金属间隔件34(图1B)，直接结合到聚合物或陶瓷表面可能导致粘结较差。如本文所公开，首先向聚合物或陶瓷表面施加金属化连接层，提供不同的功能化表面，使得粘合剂与其结合。在将两个聚合物或陶瓷部件结合到一起的情况下，两个部件可以选择性地用金属化连接层溅射，使得可以应用金属到金属粘合剂来接合表面。这样的金属到金属粘合剂可以为金属化粘结层提供良好的结合，并在用于聚合物到聚合物、陶瓷到陶瓷、陶瓷到塑料、陶瓷到金属和/或塑料到金属的结合时，可提供与常规技术相比的改进的粘结。这些技术可有助于将成形的(平面或非平面的)金属部件联接到非金属部件，例如支撑结构、间隔件或支座，尽管其也可用于结合两个非金属部件。非金属部件也可另外使用其它已知方法例如冲压、激光切割、机加工和挤出形成。在两个非金属部件的实例中，可将所述表面制备技术施用至待联接和结合的两个非金属表面。对于塑料到塑料、陶瓷到陶瓷或陶瓷到塑料表面接合，可在两个非金属部件上形成金属化表面，以作为不同表面，使得结合可在所述表面上进行。结合可以通过软钎焊、硬钎焊、金结合、粘合剂或其它金属到金属结合技术进行。某些陶瓷、陶瓷-聚合物复合材料和聚酰胺类塑性树脂例如Zytel、Akromid、Amodel及类似物难以结合包括使用粘合剂结合到金属上。当表面是非平面的或具有相配合的3D曲面时，可能会出现这种结合困难。本文公开的技术可以特别用于将这样的陶瓷、陶瓷-聚合物复合材料和塑性树脂结合到金属、陶瓷或聚合物部件。附图说明图1A–1B示出组件44的部件。图1A–1B示出利用焊料作为连接层之间的联接方法的组装技术。特别地，图1A示出了组件44的部件的分解图，图1B示出了组件44的联接的部件的截面图。具体实施方式组件44包括金属部件30、非金属间隔件34和不锈钢部件38。如图1B所示，金属部件30和不锈钢部件38，包括任选的在表面上的镀镍层，与非金属间隔件34待接合。同样地，非金属间隔件34与金属部件30和不锈钢部件38待接合，所述非金属间隔件34包括在表面上的金属化连接层，例如铬、铜和/或镍层，以及可预镀锡或使用其他已知的方法施用的焊料层。所述焊料可以是适用于医疗装置的焊料如Indalloy121(或类似焊料)。在其他实例中，选择用粘合剂接合金属化表面来代替焊料，从而不需要焊料层。不锈钢部件38可以包括镀层，例如镀镍层。在使用金属到金属结合技术将金属部件30、非金属间隔件34和不锈钢部件38结合在一起之前，部件应根据最终组装的需要适当地对准。对于焊料附着结合，部件可以堆叠和对准并烘烤，使预镀锡的低温焊料回流焊并润湿配合件的金属化部分。通常，焊料应仅润湿金属化区域。在胶联接结合(金属化到金属化)中，粘合剂可以在堆叠和对准部件之前施用。金属化表面为直接接合至非金属间隔件34提供了可选方案，并且为直接将粘合剂施用到非金属间隔件34提供更强的粘结。如图1B所示，金属部件30、非金属间隔件34和不锈钢部件38可以通过金属到金属结合技术，例如焊料或其它技术接合。以这样的方式，不需要包覆成型层。在非金属间隔件34上由金属化连接层提供的用于强机械联接的界面表面使得非金属间隔件34能够使用金属接合技术接合到其它部件，例如金属部件30和不锈钢部件38。这些技术消除了对包覆成型的需求。组件44提供金属部件30、非金属间隔件34和不锈钢部件38之间的密封。因此，在对组件44施加弯曲型载荷时，三个层，即金属部件30、非金属间隔件34和不锈钢部件38彼此加强以提供相比于用常规包覆成型可实现的额外的弯曲强度。在一些特定实例中，组件44可以表示医疗器械内的部件。在这样的实例中，将不锈钢部件38与金属部件30电隔离和/或热隔离可为重要的。在一些这样的实例中，不锈钢部件38的厚度可以是大约0.010英寸。在相同或不同的实例中，金属部件30的厚度可为约0.025英寸。金属部件30和不锈钢部件38的联接表面可任选地镀镍、镀铬或镀有其它材料以提供适当的连接层界面。此外，非金属间隔件34的相邻表面可以用连接层金属化，以促使使用金属到金属接合技术结合到金属部件30和不锈钢部件38。所述金属化连接层的形式是任选的。在一些实例中，非金属间隔件34可以是聚合物部件，例如注塑成型的纤维填充的部件，例如玻璃纤维或碳纤维部件、陶瓷部件、或者聚合物和陶瓷材料的共混物形成的复合材料部件。在组件44的变型中，可以加入高强度非金属代替金属部件30，或除金属部件30以外可添加高强度非金属，以提供结构强度至组件。在另一变型中，金属部件30和非金属间隔件34的功能可以由单个高强度非金属部件层代替。在组件44的另一变型中，不锈钢部件38可由电镀的部件代替，所述电镀的部件在非金属间隔件34上或直接在高强度非金属部件层上。这种电镀和/或电铸可以发生在非金属部件的金属化连接层上。在非金属部件上形成金属化连接层之后，可设置非金属部件的表面以与第二部件的金属表面相配合。然后可以使用金属到金属接合技术将非金属部件上的金属化连接层与第二部件的配合的金属表面接合。第二部件可以是在第二部件上具有第二金属化连接层的金属部件或非金属部件。在不同的实例中，金属化连接层可用于接合塑料到塑料、陶瓷到陶瓷、陶瓷到金属、陶瓷到塑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造方法，包括：在非金属部件的表面上形成金属化连接层；设置所述非金属部件的表面以与第二部件的金属表面相配合；和使用金属到金属接合技术将所述金属化连接层与所述第二部件的配合的金属表面相接合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.27 US 62/246,909;2016.03.23 US 62/312,0121.一种制造方法，包括：在非金属部件的表面上形成金属化连接层；设置所述非金属部件的表面以与第二部件的金属表面相配合；和使用金属到金属接合技术将所述金属化连接层与所述第二部件的配合的金属表面相接合。2.权利要求1的方法，其中所述非金属部件为由以下组成的组中之一：聚合物部件；陶瓷部件；陶瓷-聚合物复合材料部件；和树脂注塑成型的部件。3.权利要求1或2的方法，其中所述金属到金属接合技术包括压缩熔焊。4.权利要求1-3之一的方法，其中形成金属化连接层包括以下中的至少一种：电镀；化学镀；真空镀；金属的溅射，所述金属包含以下中的一种或多种：Ti、Cr、Ta、Ru、镍铬合金和NiV；和气相沉积。5.权利要求1-4之一的方法，还包括通过以下中的至少一种对所述非金属部件的表面改性：含有氧或氩或两者的离子源，在所述非金属部件的表面上形成金属化连接层之前；和含有氧或氩或两者的等离子体源，在所述非金属部件的表面上形成金属化连接层之前。6.权利要求1-5之一的方法，其中所述非金属部件的表面是3D表面。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·W·戴维斯，D·P·里默，C·T·奥尔森，S·R·拉格尔格伦，P·V·佩萨文托，
申请(专利权)人：哈钦森技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US