一种玻璃与铁素体不锈钢的激光封接方法及封接体技术

本发明专利技术属于异质材料的连接技术领域，具体涉及一种玻璃与铁素体不锈钢的激光封接方法及封接体，包括以下步骤：根据所需封接的玻璃和铁素体不锈钢，设定加工轨迹，并进行焊接夹具准备；进行预处理操作，并提供SiO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃与铁素体不锈钢的激光封接方法及封接体


[0001]本专利技术属于异质材料的连接
，具体涉及一种玻璃与铁素体不锈钢的激光封接方法及封接体。

技术介绍

[0002]玻璃与金属的封接体是由两层或多层玻璃与金属所构成，其中玻璃与金属的封接利用复合胶条密封，或利用沟槽采用铝丁基胶和聚硫胶密封，将两片或多片玻璃与密封条、玻璃条粘接、密封，或者将金属先进行高温氧化，在金属表面形成一层氧化膜，然后将玻璃与金属放置在高温炉中，加热保温一段时间，冷却后形成玻璃与金属的封接体。改高温加热的方法具有加热温度高、保温时间长的特点，对金属性能损伤。玻璃与金属的封接体因其保温性和隔音性以及其他多种结构和功能方面的特性而具有较为广泛的用途。
[0003]基于上述玻璃与金属的结构，玻璃也可与铁素体不锈钢相结合形成玻璃
‑
金属封接体。铁素体不锈钢，也称铁镍钴合金，该合金在20
‑
450℃范围内具有与硬玻璃相近的线膨胀系数和相应的硬玻璃能进行有效封接匹配，具有较高的居里点以及良好的低温组织稳定性，铁素体不锈钢的氧化膜致密，容易焊接和熔接，有良好可塑性，可切削加工，广泛用于制作电真空元件，发射管，显像管，开关管，晶体管以及密封插头和继电器外壳等。
[0004]常用的不锈钢与玻璃封接的工艺，是在一定的高温条件下对不锈钢进行高温氧化，在其表面生成一层氧化膜，靠该氧化膜与玻璃反应形成中间层实现玻璃与金属的封接。但不锈钢不属于抗高温的材料，该氧化工艺和形成的氧化层对不锈钢的性能存在一定的损伤。因此，不断提高玻璃与金属封接体的效果和不断降低对不锈钢材料的性能的损伤成为科研人员和工程技术人员需要攻克的一个难题。专利技术专利《一种玻璃和可伐合金的激光封接方法》，专利号CN201310155901.3和《一种玻璃与可伐合金的激光封接方法及封接体》专利号为CN201611206465.8，就是基于这种思路来实现的。目前国内和国外的现有的玻璃与金属封接基本都是采用的这种设计思路，如图2所示。
[0005]专利技术专利申请《一种玻璃与可伐合金的激光封接方法及封接体》(CN201611206465.8)，使用Ag
‑
Cu
‑
Ti粉末或Ag
‑
Cu
‑
Ti箔片作为焊料，代替了传统的不锈钢表面高温加热形成氧化层的工艺步骤，取得了积极的效果。
[0006]但上述专利技术专利申请，缺点是所使用的元素中，无论是Ag、Cu还是Ti都是价格比较昂贵的元素，在高精尖的应用场合使用这些焊料，尚能负担的起。但大量的民用产品中玻璃与不锈钢器件封接需求，如果同样采用上述Ag
‑
Cu
‑
Ti焊料，不仅价格上承受不起，对资源也是极大的浪费。因此，技术上一直在探索性能上同样有效且价格低廉的替代方案。
[0007]鉴于专利技术专利(《一种玻璃和可伐合金的激光封接方法》，专利号CN201310155901.3)是在不锈钢基础上，高温加热不锈钢，利用高温氧化在不锈钢表面形成氧化层作为中间层，实现玻璃与金属的封接，那么反过来，理论上也可以对玻璃进行改性，从而实现玻璃与金属之间的封接。

技术实现思路

[0008]针对上述现有技术所存在的问题，亟需设计一种玻璃与铁素体不锈钢的激光封接方法，来提高玻璃与铁素体不锈钢之间的封接头的强度。本专利技术开发了SiO2‑
BaO
‑
MgO
‑
(XB2O3)焊料来代替前面申请的Ag
‑
Cu
‑
Ti焊料，期望在大大降低成本的同时能够获得同样的封接效果(性能)。
[0009]本专利技术一种玻璃与铁素体不锈钢的激光封接方法，包括以下步骤：
[0010]S1、根据所需封接的玻璃和铁素体不锈钢的尺寸、形状，设定加工轨迹，并进行焊接夹具准备；
[0011]对所需焊接的玻璃和铁素体不锈钢进行前期封接净化预处理操作，并提供粒径为20～80μm的SiO2‑
BaO
‑
MgO
‑
(
X
B2O3)粉末或厚度为50～100μm的SiO2‑
BaO
‑
MgO
‑
(
X
B2O3)箔片作为焊料；
[0012]S2、将步骤S1中的焊料均匀喷洒在待封接的铁素体不锈钢的待封接的位置缘，将待封接的玻璃放置于铁素体不锈钢上，保证待封接的玻璃与铁素体不锈钢紧密接触，形成待封接体；
[0013]S3、焊接夹具按照要求将步骤S2中的待封接体进行夹持，做好激光封接准备；其中待封接的不锈钢在激光封接前，加热到100～200℃；
[0014]S4、设定激光器激光加工参数，激光器按照步骤S1设定的加工轨迹对玻璃与铁素体不锈钢的交界处的焊料进行激光照射，制得玻璃
‑
铁素体不锈钢封接体；
[0015]S5、拆除焊接夹具，完成激光封接操作。
[0016]优选的，所述步骤S2中的前期封接净化预处理操作分别是指对待封接的铁素体不锈钢进行脱脂、去油处理后在进行氧化处理，对待封接的玻璃进行清水洗净，然后冷却风干。
[0017]优选的，所述步骤S2中的SiO2‑
BaO
‑
MgO
‑
(
X
B2O3)粉末或SiO2‑
BaO
‑
MgO
‑
(
X
B2O3)箔片按质量百分比，包括如下组分：34.6～35.8％的SiO2，7.5～8.8％的MgO，49.7～51.0％的BaO，余量为B2O3和杂质；其中，所述B2O3为SiO2、BaO和MgO总质量的2～7.5％；所述SiO2‑
BaO
‑
MgO
‑
(
X
B2O3)粉末或SiO2‑
BaO
‑
MgO
‑
(
X
B2O3)箔片，均为化学分析纯，不需要进行特殊处理；
[0018]优选的，所述步骤S3中均匀喷洒于待封接的铁素体不锈钢四周边缘的焊料厚度为50～100μm。
[0019]优选的，所述步骤S5中，激光器采用波长为800～1100nm。
[0020]优选的，所述步骤S5中，激光器加工参数为激光扫描速度80～160mm
·
min
‑1，激光功率80～160W，脉冲宽度1.5～3.0ms，频率为5～10Hz，扫描次数为1～3道。
[0021]优选的，所述步骤S5中，整个激光封接操作在氩气的氛围中进行。
[0022]一种根据如上任一项所述的玻璃与铁素体不锈钢的激光封接方法制得的封接体，包括玻璃和铁素体不锈钢，所述玻璃与铁素体不锈钢的封接位置之间设置有封接用的焊料；所述玻璃与铁素体不锈钢之间存在间隔。
[0023]以SiO2、BaO和MgO等氧化物为基础的微晶玻璃具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种玻璃与铁素体不锈钢的激光封接方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对所需焊接的玻璃和铁素体不锈钢进行预处理操作；同时将粒径为20～80μm的SiO2‑
BaO
‑
MgO
‑
(xB2O3)粉末或厚度为50～100μm的SiO2‑
BaO
‑
MgO
‑
(xB2O3)箔片作为焊料；所述SiO2‑
BaO
‑
MgO
‑
(xB2O3)粉末或SiO2‑
BaO
‑
MgO
‑
(xB2O3)箔片，按质量百分比，包括如下组分：34.6～35.8％SiO2，7.5～8.8％MgO和49.7～51.0％BaO，余量为B2O3和杂质；所述B2O3为SiO2、BaO和MgO总质量的2～7.5％；S2、将所述焊料喷洒于铁素体不锈钢的四周边缘；同时，将所述玻璃放置于铁素体不锈钢上，得到待封接体；S3、焊接夹具按照要求所述待封接体进行夹持，做好激光封接准备；S4、设定加工参数，按照设定的加工轨迹对所述焊料进行激光照射，得到玻璃
‑
铁素体不锈钢封接体；S5、拆除焊接夹具，完成封接操作。2.根据权利要求1所述的激光封接方法，其特征在于，所述预处理操作是指对所述铁素体不锈钢进行脱脂、去油处理后再进行氧化处理，对所述玻璃进行清水洗...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，陈长军，隋利卫，沈贾佳，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：