【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及异种材料连接领域，尤其涉及一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法。
技术介绍
1、近年来，随着igbt(绝缘栅双极型晶体管)元件不断向着高功率、高电流密度、高集成化和小型化方向发展，半导体行业对igbt模块的高温稳定性和高可靠性提出了更加苛刻的性能要求，尤其是在igbt模块元件中，实现金属与陶瓷散热基板的高质量连接是该领域的技术难点。
2、由于氧化铝陶瓷拥有较高的热导率和较低的介电常数，常用于igbt等电子产品领域，钛合金因为其较好的生物相容性和金属特性，常被作为人体医学和电子器件领域，在实际igbt产品结构体系中，经常需要将氧化铝陶瓷和钛合金形成紧固连接，然而钛合金材料的致命弱点是抗氧化和抗腐蚀能力差，因此，连接氧化铝陶瓷和钛合金多采用真空条件下完成，主要连接技术有：固相扩散连接、瞬间液相连接、间接钎焊连接以及活性钎焊连接等方法，其中，扩散焊接具有高灵活性和良好的连接质量等优势，被广泛应用于igbt模块中陶瓷与金属部件的连接。
3、电子元器件的理想连接方式应当具备低温、低成本、高效和高可靠性等特点，然而传统的扩散连接方法存在连接温度高、连接时间长和能源损耗大等弊端，因此，开发一种快速连接、高可靠性的氧化铝陶瓷和钛合金连接技术是本专利技术亟待解决的技术问题。
4、公开号为cn112109393b的专利技术专利公开了一种扩散连接制备的氧化铝/镍钛合金/氧化铝复合材料及其方法。该专利技术采用镍钛合金片和氧化铝片为原料，在1250-1500℃热处理条件下，以扩散连接的方式制备
5、公开号为cn112620913a的专利技术专利公开了一种表面活化铝合金电流辅助非真空扩散焊接方法。该专利技术为了提升铝合金接头力学性能和冶金结合效果，通过电沉积法在待焊铝合金表面预镀一层活化纳米尺度的铜膜，以电流辅助实现了非真空条件下铝合金和异种金属连接。该专利技术通过电场辅助焊接有效提高了生产效率，可适用于铝合金焊接领域。不足之处在于，该方法所采用的镀层材质单一，焊接材料适用范围有限，可替代性强。此外，该方法并不适用于氧化铝陶瓷与钛合金连接，所形成的接头界面处易产生ti-cu二元脆性化合物，进而恶化接头力学性能。
6、公开号为cn106946584a的专利技术专利公开了一种陶瓷或陶瓷基复合材料与金属之间低温快速焊接的方法。该专利技术通过向样品施加高于临界值的电流密度，在500-1200℃温度范围内实现了氧化锆或氧化锆基复合材料与金属之间的低温快速焊接，有效提高了金属与陶瓷材料的连接效率。该方法针对离子电导率较高的氧化锆基陶瓷时能够采用小电压、大电流的方式实现良好连接，然而焊接电绝缘性强的陶瓷时，则对设备的电压和功率要求较高，进而限制了该方法的应用范围。
7、因此，根据上述中的相关技术，亟需研发一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，以提高焊接接头的力学性能和焊接效率。
2、基于上述目的，本专利技术提供了一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法。
3、一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，包括以下步骤：
4、步骤s1.焊前试样清理：将两个待焊母材面进行机械研磨和抛光处理，并完成超声清洁处理，吹干待用；
5、步骤s2.陶瓷表面镀层：通过磁控溅射法在氧化铝陶瓷待焊表面镀一层金属层，并完成超声清洁处理，吹干待用；
6、步骤s3.焊前装配及调试：通过专用焊接夹具装夹母材，并将电源电极导线与母材紧固接触，随后将夹具及导线固定在真空加热炉内；
7、步骤s4.设置扩散焊工艺参数和电源参数：升温速率为5-15℃/min、升温至700-900℃，再于1-4mpa的压力下，保温1-2h，同时施加电场，完成后控制冷却速率为5-10℃/min，冷却至400℃后随炉冷却，完成氧化铝陶瓷与钛合金的扩散连接。
8、优选的，步骤s2中所述陶瓷表面镀层的金属层为mo层和nb层中的任意一种。
9、优选的，步骤s2中所述金属层的厚度为10-20μm。
10、优选的，步骤s3中所述电源电极导线两端分别与待焊氧化铝陶瓷母材和钛合金的两端连接，电流由氧化铝陶瓷侧传导至钛合金侧。
11、优选的，步骤s4中所述电场的电流密度为10-100ma/mm2、施加电压为400-1000v。
12、优选的，步骤s4中所述电场的保持时间为10-20min。
13、优选的，所述电场的类型为直流、交流和脉冲电流中的任意一种。
14、优选的，步骤s2中所述镀层方式为磁控溅射法。
15、对于氧化铝陶瓷和钛合金的扩散焊接，由于氧化铝陶瓷的熔点(2054℃)远高于钛合金的熔点(1670℃)，氧化铝陶瓷的物理化学性质远比钛合金稳定，在氧化铝陶瓷和钛合金的扩散焊接过程中，主要依靠钛合金的局部塑性变形，来实现界面的紧密接触，因此，在选择焊接参数时，主要是依据钛合金的性质。
16、根据扩散焊接温度的选取原则，焊接温度范围应为0.6tm-0.8tm。钛合金的熔点tm约为1670℃，按照选取原则即1000℃-1350℃，钛合金为α+β双相材料。当温度达到882℃时，α相会转变为β相；超过900℃时，钛合金的微观组织和力学性能会急剧下降。因此，为了不影响母材的微观组织和力学性能，并能保证原子的活性，选择扩散焊接温度为700-900℃。同时，为了保证焊接过程中原子的充分扩散和界面反应，并获得合适厚度的界面反应层，还需要相对较长的保温时间1-2h。
17、此外由于钛合金塑性好，高温强度低，在800℃时，钛合金的屈服强度仅约50mpa。因此，在进行tc4的扩散焊接时，连接压力不宜太大，否则会导致母材产生较大的变形，当连接压力为1-4mpa时，钛合金变形很小，同时又能保证在界面处和氧化铝陶瓷的紧密接触。因此，选择连接压力为1-4mpa。
18、本专利技术的有益效果：
19、本专利技术通过电场辅助扩散连接的方式，成功实现了氧化铝陶瓷和钛合金的高质量连接，大幅降低了焊接所需要的连接温度和连接时间，有效解决了传统扩散焊接效率低、生产成本高等问题。
20、本专利技术通过在氧化铝陶瓷表面预镀金属层，可以避免生成界面脆性ti-al-o三元化合物层，提高了扩散焊接头的力学性能，获得了高力学性能的全固溶体接头，显著提升氧化铝陶瓷和钛合金扩散焊接头的服役性能，此外，采用预镀层方式能够扩大电场辅助扩散连接材料的适用范围，有效降低对设备的性能要求。
21本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，其特征在于，步骤S1中所述焊前试样清理的步骤如下：将待焊接的氧化铝陶瓷母材和钛合金母材的待焊接面进行机械研磨和抛光处理，再经过超声清洁处理后吹干待用。
3.根据权利要求1所述的一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，其特征在于，步骤S2中所述金属层为Mo层和Nb层中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，其特征在于，步骤S2中所述镀层的方式为磁控溅射法。
5.根据权利要求1所述的一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，其特征在于，步骤S2中所述金属层的厚度为10-20μm。
6.根据权利要求1所述的一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，其特征在于，步骤S3中所述焊前装配的步骤如下：通过焊接夹具装夹氧化铝陶瓷母材和钛合金母材，将电源电极导线与氧化铝陶瓷母材和钛合金母材紧固接触，随后将夹具及电
7.根据权利要求1所述的一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，其特征在于，步骤S3中所述电源电极导线两端分别与待焊氧化铝陶瓷母材和钛合金的两端连接。
8.根据权利要求1所述的一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，其特征在于，步骤S4中所述电场的电流密度为10-100mA/mm2、施加电压为400-1000V。
9.根据权利要求1所述的一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，其特征在于，步骤S4中所述电场的保持时间为10-20min。
10.根据权利要求1所述的一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，其特征在于，步骤S4中所述电场的类型为直流、交流和脉冲电流中的任意一种。
...【技术特征摘要】
1.一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，其特征在于，步骤s1中所述焊前试样清理的步骤如下：将待焊接的氧化铝陶瓷母材和钛合金母材的待焊接面进行机械研磨和抛光处理，再经过超声清洁处理后吹干待用。
3.根据权利要求1所述的一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，其特征在于，步骤s2中所述金属层为mo层和nb层中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，其特征在于，步骤s2中所述镀层的方式为磁控溅射法。
5.根据权利要求1所述的一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，其特征在于，步骤s2中所述金属层的厚度为10-20μm。
6.根据权利要求1所述的一种电场辅助快速连接氧化铝陶瓷与钛合金的焊接方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈峰，吕建钢，邹宁，
申请(专利权)人：索罗曼常州合金新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。