钎焊的钻石和钎焊钻石的方法技术

一种钎料，其含有选自金和银的至少一种以及铜作为主要成分，其特征在于，所述钎料还含有０．００１质量％到５质量％的钒。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于钎焊钻石和金属所使用的钎料以及使用这种钎料的钎焊方法。已知在使用TiCuSil钎料连接钻石与金属基座时，钻石的钎焊表面呈现黑色。由于从钻石的上表面能够看到呈现黑色的钎焊表面，因此钛铜银(TiCuSil)材料在钻石零件的使用中不是优选的。但是，使用钛铜银连接的陶瓷制品中的大多数颜色变化是可以被忽略的。在使用钛铜银连接钻石时，钎料中的钛与钻石中的碳发生反应形成碳化钛，同时存在于钻石和钎料之间的碳化钛将二者结合在一起。很明显，形成的碳化钛使钻石表面变得不规则，因此光在其上散射时钻石的连接表面就呈现了黑色。同时，钛铜银钎料也广泛应用于钻石工具的制造，已知这种钎料有时会产生低的连接强度。当使用低的连接强度的工具加工金属制品时，钻石有时会在工具上移动使金属制品与柱柄之间接触，产品和工具可能都受到损坏。即使碰巧在钻石和柱柄之间存在低的接合强度，这种缺陷也会被认为是钎焊技术不当而没有充分追究其原因。同时，本专利技术的另一个目的是提供一种适合接合作为装饰品的钻石的钎料，这种钎料不会使接合界面呈现黑色，以及提供一种使用这种填料的钎焊方法。作为对适合接合钻石的钎料和优选接合界面的研究结果，本专利技术是在对钎焊中接合界面的理论分析的基础上完成的。本专利技术的一种钎料是一种含有选自金和银的至少一种，以及铜作为主要组分的钎料，还可含有0.001至5质量％的钒。优选的是其含有0.001至2.0质量％的钒。更优选的是其含有0.001至0.5质量％的钒。在本专利技术的钎料中，为将钻石钎焊到金属基座上，钒的含量最优选范围是不少于0.001质量％，并不大于0.5质量％。当钒的含量超过了0.5质量％时，可观察到残余的未熔化的钒会在连接界面上形成微斑。然而，只要含量不超过2.0质量％，仅在宏观上呈现黑色的程度是不显著的。尽管当钒的含量超过2.0％重量时能够钎焊钻石，但这不是必需的。当钒的含量超过2.0质量％，多余的钒会析出，因而破坏接合界面中钎料的金属光泽。考虑到钒在钎料中容易离析，当美丽的外观不很重要时，钒的含量可达到5质量％。在本专利技术的一种钎料中，选自金和银的至少一种以及铜优选被包含在共晶组分中。在本专利技术钎料中，钒的氢化物可当作钒使用，此外在使用这种钎料时，钒的氢化物是以含钒量占填料总重0.001至2.0质量％的形式加入钎料板之间，这种钎料板含有选自金和银的至少一种以及铜作为主要组分或成分。这种钎料优选含有0.001至0.5质量％的钒。由于钒在钎料中分布均匀，在将钒的氢化物当作钒使用时，钒的量定为最多2.0质量％。在本专利技术钎焊钻石的方法中，将含有选自金和银的至少一种和铜作为主要成分，以及含有0.001至5质量％钒的钎料放置于金属基座上准备钎焊，将钻石放在其上，然后加热并熔化钎料，钎料冷却从而固化在钻石与金属基座之间。本方法中，可以使用这种钎料板作为钎料，其中将含钒量占总钎料0.001至2.0质量％的钒的氢化物放置在钎料板之间，该钎料板含有选自金和银的至少一种，以及铜作为主要成分。在钎料中，优选钒含量为0.001至0.5质量％。钎焊时加热钎料的温度优选为高于钎料熔点10K或更多。此外，根据本专利技术的钎焊钻石方法，优选在加热和熔融钎料后，从钻石的一侧进行冷却以固化钎料。也就是优选在钻石的一侧进行单向性的钎料固化。当应用本专利技术的方法钎焊一颗钻石时，在钻石与钎料连接的界面上会形成小岛状的碳化钒。小岛状的碳化钒坚固地接合于钻石上，因而钻石被固定在钎料上。由于钻石表面没有被侵蚀，也没有形成大面积不规则形状，所以界面具有美丽的外观。附图说明图1根据本专利技术，使用钎料将钻石钎焊在金属基座上的侧视图；图2根据本专利技术钎焊钻石界面模型的平面图；图3根据本专利技术钎焊钻石界面模型的剖视图；图4说明应用本专利技术方法钎焊钻石实例的分解透视图；图5本专利技术使用的钎焊设备的前视图。具体实施例说明图1所示为使用本专利技术的钎料将钻石钎焊到金属基座上的侧视图。图中附图标记1表示金属基座，2表示被钎焊的钻石，3表示钎料。在钎料3中，银铜共晶钎料含有0.001至5质量％，优选不超过2.0质量％的钒。当使用钎料将钻石钎焊到金属基座上时，在钎料与钻石连接的界面之间，钻石中的碳会与钎料中的钒发生反应形成反应产物，如碳化钒(VC)。显然结晶的碳化钒与钻石平面(111)晶格之间的位错很小。这种晶格中小的位错提供了晶格之间坚固的连接。使用晶格位错η来描述薄层的生长，由下式表示。η=σffσss-1]]>此式中σss表示钻石底层的原子间距，σff表示沉积薄层的原子间距。表1所示为碳化钒与碳化钛和碳化锆的晶格位错η。表1 如表1所示，其中碳化钒的晶格位错最小，由此可知碳化钒的位错能够增加它与钻石钎焊的强度。图2的模型中对接合部分结构的详细描述清楚地显示了碳化钒35在钎料3与钻石2的界面区内优选形成岛状。岛状碳化钒的直径大约100纳米，厚度约10纳米。在得到的这种结构中，银-铜钎料中的银沉积在岛状的碳化钒上，而铜接合到碳化钒小岛之间的钻石上。图3的模型显示了接合部分的交联结构。在钻石的接合界面上，碳化钒形成小岛状，由此钻石被牢固地钎焊在填料上，同时钻石表面未被碳化钒腐蚀而保持了美丽的外观。为了讨论加入金属元素对金属或合金熔点降低的影响，对这种模型可以通过引入平面失谐度来更好的理解。可以将原子的三维间距取平均值得到平面失谐度δ，同时平面失谐度δ也可用于具有不同晶体结构的基材，平面失谐度δ由以下方程式表示。δ=13Σi=13|dcicosθ-dsi|dsi]]>在方程式中，dc表示非均匀晶核(添加的金属)的低标准面上的最小原子间距，ds表示固体晶体(基材金属)低标准面上的最小原子间距，θ表示两种最近取向物质之间的夹角。当有一种液体金属优先固化被检测到时，上述方程式中就要引入化合物(碳化钒)在钎焊表面上稳固点的原子间距作为ds。这是由于接合表面被固定为基部。同时在即将固化金属的低标准面上的最小原子间距值作为dc。表2中所示为一系列不同物质的平面失谐度δ值。碳化钒和金属银结合的情况下，平面失谐度δ的值为0.01298，该值介于金属铜和钻石的δ值0.01327之内，这两种情况的数值都很小。因此，期望得到金属银在碳化钒成核反应中的优先固化，和金属铜在钻石表面的固化。这一事实表明能够在碳化钒上形成象银镜一样的粘附性好的接合界面。另一方面，碳化钒和金属铜之间的平面失谐度δ值很大0.13100，因此金属铜有可能不能粘附于碳化钒表面。表2 加入的钒的量为从0.001-5质量％，优选少于2.0质量％，理论上钒的量为0.1质量％。当加入钒的量为0.001-5质量％时，钻石能够接合在金属材料上。然而当加入钒的量超过0.5质量％时，未反应的钒会沉积在接合界面上形成微粒。同时反应的碳化钒产物会形成在钻石与钎料之间的接合界面上，这样就会逐渐地增加钻石接合界面的粗糙度。当加入钒的量介于2质量％之内时，接合界面几乎不散射光，而当加入量超过这一数值时，接合界面会呈现黑色。当钒的加入量超过2质量％时，接合界面的散射光线会增多，界面呈现黑色。因此，为防止装饰用的钻石呈现黑色，钎料中钒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎敬久，铃村晓男，
申请(专利权)人：株式会社微笑智能，
类型：发明
国别省市：