本發(fā)明涉及釬焊，尤其涉及一種agcusnti基復(fù)合釬料及其制備方法、應(yīng)用，金剛石和銅的焊接方法。

背景技術(shù)：

1、目前世界各大國(guó)都在致力于聚變能源的開(kāi)發(fā)，在熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆中，金剛石微波窗主要負(fù)責(zé)傳輸高能微波以及維持窗片兩側(cè)物質(zhì)及氣氛邊界。其中，金剛石膜片與銅環(huán)的高質(zhì)量連接技術(shù)是保障高能微波窗穩(wěn)態(tài)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。目前主要通過(guò)釬焊方法連接金剛石與銅，但是在兩者連接過(guò)程中存在材料不相容、物性不匹配的難點(diǎn)，導(dǎo)致金剛石界面難潤(rùn)濕且產(chǎn)生較大的接頭殘余應(yīng)力，會(huì)引發(fā)接頭微裂紋等缺陷的產(chǎn)生，危害組件服役穩(wěn)定性。因此緩解接頭殘余應(yīng)力是金剛石與銅高質(zhì)量連接過(guò)程中亟待解決的關(guān)鍵難點(diǎn)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種agcusnti基復(fù)合釬料及其制備方法、應(yīng)用，金剛石和銅的焊接方法，本發(fā)明所述釬料、焊膏可以大幅緩解金剛石和銅焊接接頭的殘余應(yīng)力，提高焊接組件的結(jié)合強(qiáng)度。

2、本發(fā)明提出了一種agcusnti基復(fù)合釬料，其原料包括：合金粉末和鎢酸釔粉末；鎢酸釔粉末的體積占粉末總體積的0.5-5％；

3、合金粉末的原料按重量百分比包括：sn?8.5-9.5％、tih21.2-1.5％、agcu共晶粉末89.1-90.3％。

4、本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)sn、tih2的含量，并且加入適量的負(fù)熱膨脹鎢酸釔，使得金剛石和銅焊接后的焊縫組織主要由ag(s,s)、cu(s,s)、少量的cusn3ti5、少量納米級(jí)cuti和鎢酸釔顆粒組成；在鎢酸釔界面形成了雙層ti2o+ti4cu2o反應(yīng)層，保障了合金釬料中間層與鎢酸釔的界面結(jié)合；鎢酸釔的負(fù)熱膨脹特性得以充分發(fā)揮，進(jìn)而促進(jìn)金剛石與銅的異質(zhì)接頭的熱錯(cuò)配調(diào)控，大幅緩解接頭殘余應(yīng)力；

5、該釬料的應(yīng)用可以有效避免金剛石/銅釬焊接頭焊后微裂紋的產(chǎn)生，提高焊接組件的服役穩(wěn)定性；相較于傳統(tǒng)的agcusnti合金釬料，鎢酸釔顆粒的添加可以極大程度的減少接頭組織中的cusn3ti5脆性相含量，進(jìn)而提高接頭塑性變形能力；通過(guò)調(diào)節(jié)sn、tih2、鎢酸釔的含量還可以使得釬料對(duì)金剛石保持良好的潤(rùn)濕性和低溫焊接性，保持焊接接頭的強(qiáng)度并避免金剛石高溫焊接容易碳化的問(wèn)題。本發(fā)明所得焊縫界面完整，無(wú)明顯缺陷，結(jié)合強(qiáng)度高。

6、優(yōu)選地，agcu共晶粉末中ag含量為70-74wt％。

7、上述agcu共晶粉末的純度≥99.5wt％、sn粉的純度≥99wt％、tih2粉末的純度≥99wt％。

8、本發(fā)明還提出了上述agcusnti基復(fù)合釬料的制備方法，包括如下步驟：取sn、tih2、agcu共晶粉末進(jìn)行濕法球磨，然后加入鎢酸釔粉末繼續(xù)濕法球磨，然后干燥，進(jìn)行干法球磨，得到agcusnti基復(fù)合釬料。

9、優(yōu)選地，取sn、tih2、agcu共晶粉末，加入丙酮進(jìn)行濕法球磨。

10、優(yōu)選地，濕法球磨時(shí)，球料比為4-6:1。

11、優(yōu)選地，濕法球磨時(shí)，轉(zhuǎn)速為150-250r/min。

12、優(yōu)選地，濕法球磨時(shí)，取sn、tih2、agcu共晶粉末進(jìn)行濕法球磨0.8-1.2h，然后加入鎢酸釔粉末繼續(xù)濕法球磨0.8-1.2h。

13、優(yōu)選地，干法球磨20-40min。

14、由于在復(fù)合釬料中摻雜顆粒會(huì)存在顆粒容易團(tuán)聚的問(wèn)題，過(guò)多的添加會(huì)嚴(yán)重惡化接頭連接質(zhì)量，本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)顆粒的摻雜配比，并且采用先濕混再干混的多步混合方法提高顆粒在復(fù)合釬料中的均勻分散程度，避免顆粒團(tuán)聚。

15、本發(fā)明還提出了一種agcusnti基復(fù)合釬料焊膏，其原料包括：粘結(jié)劑水溶液和上述agcusnti基復(fù)合釬料。

16、優(yōu)選地，粘結(jié)劑水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-10wt％。

17、優(yōu)選地，粘結(jié)劑水溶液和agcusnti基復(fù)合釬料的重量比為9-11:1。

18、優(yōu)選地，粘結(jié)劑為羥甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素中的至少一種。

19、本發(fā)明還提出了上述agcusnti基復(fù)合釬料、上述agcusnti基復(fù)合釬料焊膏在焊接金剛石和銅中的應(yīng)用。

20、本發(fā)明還提出了一種金剛石和銅的焊接方法，包括如下步驟：將釬料或焊膏涂覆在銅表面，再放置金剛石，加壓焊接；其中，釬料為上述agcusnti基復(fù)合釬料，焊膏為上述agcusnti基復(fù)合釬料焊膏。

21、上述金剛石和銅在焊接前，均經(jīng)去污清洗處理。

22、優(yōu)選地，釬料或焊膏的涂覆量為1.5-2mg/mm2。

23、優(yōu)選地，加壓焊接的壓力為2-3kpa。

24、上述焊接時(shí)，形成金剛石/釬料或焊膏/銅的三層結(jié)構(gòu)，沿著金剛石至銅的方向施加一定的壓力，可以促進(jìn)釬料燒結(jié)致密化，提高焊接接頭的結(jié)合強(qiáng)度。

25、優(yōu)選地，焊接的真空度小于8×10-3pa。

26、優(yōu)選地，焊接溫度為750-800℃，焊接時(shí)間為8-12min。

27、本發(fā)明選用合適的低溫焊接溫度，可以避免金剛石碳化，并且避免高溫焊接時(shí)釬縫界面由于劇烈的元素反應(yīng)變得彎曲，導(dǎo)致接頭結(jié)合強(qiáng)度降低，并且低溫焊接可以進(jìn)一步降低接頭的殘余應(yīng)力。

28、優(yōu)選地，焊接前，以5-7℃/min的速度升溫至250-350℃保溫0.8-1.2h，再以9-11℃/min的速度升溫至焊接溫度進(jìn)行焊接。

29、本發(fā)明焊接前，于250-350℃保溫0.8-1.2h可以去除焊膏中的粘結(jié)劑和水分，并且能對(duì)釬料進(jìn)行活化處理，更有利于后期的焊接。

30、優(yōu)選地，焊接后，以5-7℃/min的速度降溫至250-350℃，然后自然冷卻至室溫。

31、本發(fā)明焊接后，選擇合適的降溫工藝，可以進(jìn)一步降低殘余應(yīng)力。

32、有益效果：

33、本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)sn、tih2、鎢酸釔的含量，可以使得釬料對(duì)金剛石保持良好的潤(rùn)濕性和低溫焊接性，并且結(jié)合適宜的焊接工藝實(shí)現(xiàn)接頭組織的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)金剛石與銅的異質(zhì)接頭的熱錯(cuò)配調(diào)控，從而大幅緩解接頭殘余應(yīng)力，避免接頭微裂紋的產(chǎn)生，提高焊接組件的結(jié)合強(qiáng)度和服役穩(wěn)定性；并且本發(fā)明選擇合適的工藝可以使得顆粒在復(fù)合釬料中均勻分散，避免顆粒團(tuán)聚、惡化接頭連接質(zhì)量的問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種agcusnti基復(fù)合釬料，其特征在于，其原料包括：合金粉末和鎢酸釔粉末；鎢酸釔粉末的體積占粉末總體積的0.5-5％；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述agcusnti基復(fù)合釬料，其特征在于，agcu共晶粉末中ag含量為70-74wt％。

3.一種如權(quán)利要求1或2所述agcusnti基復(fù)合釬料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：取sn、tih2、agcu共晶粉末進(jìn)行濕法球磨，然后加入鎢酸釔粉末繼續(xù)濕法球磨，然后干燥，進(jìn)行干法球磨，得到agcusnti基復(fù)合釬料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述agcusnti基復(fù)合釬料的制備方法，其特征在于，取sn、tih2、agcu共晶粉末，加入丙酮進(jìn)行濕法球磨；優(yōu)選地，濕法球磨時(shí)，球料比為4-6:1；優(yōu)選地，濕法球磨時(shí)，轉(zhuǎn)速為150-250r/min；優(yōu)選地，濕法球磨時(shí)，取sn、tih2、agcu共晶粉末進(jìn)行濕法球磨0.8-1.2h，然后加入鎢酸釔粉末繼續(xù)濕法球磨0.8-1.2h；優(yōu)選地，濕法球磨結(jié)束后將粉末徹底晾干后，進(jìn)行干法球磨20-40min。

5.一種agcusnti基復(fù)合釬料焊膏，其特征在于，其原料包括：粘結(jié)劑水溶液和如權(quán)利要求1或2所述agcusnti基復(fù)合釬料。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述agcusnti基復(fù)合釬料焊膏，其特征在于，粘結(jié)劑水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-10wt％；優(yōu)選地，粘結(jié)劑水溶液和agcusnti基復(fù)合釬料的重量比為9-11:1；優(yōu)選地，粘結(jié)劑為羥甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素中的至少一種。

7.一種如權(quán)利要求1或2所述agcusnti基復(fù)合釬料、權(quán)利要求5或6所述agcusnti基復(fù)合釬料焊膏在焊接金剛石和銅中的應(yīng)用。

8.一種金剛石和銅的焊接方法，其特征在于，包括如下步驟：將釬料或焊膏涂覆在銅表面，再放置金剛石，加壓焊接；其中，釬料為權(quán)利要求1或2所述agcusnti基復(fù)合釬料，焊膏為權(quán)利要求5或6所述agcusnti基復(fù)合釬料焊膏。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述金剛石和銅的焊接方法，其特征在于，釬料或焊膏的涂覆量為1.5-2mg/mm2；優(yōu)選地，加壓焊接的壓力為2-3kpa；優(yōu)選地，焊接的真空度小于8×10-3pa；優(yōu)選地，焊接溫度為750-800℃，焊接時(shí)間為8-12min。

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述金剛石和銅的焊接方法，其特征在于，焊接前，以5-7℃/min的速度升溫至250-350℃保溫0.8-1.2h，再以9-11℃/min的速度升溫至焊接溫度進(jìn)行焊接；優(yōu)選地，焊接后，以5-7℃/min的速度降溫至250-350℃，然后自然冷卻至室溫。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種AgCuSnTi基復(fù)合釬料，其原料包括：合金粉末和鎢酸釔粉末；鎢酸釔粉末的體積占粉末總體積的0.5?5％；合金粉末的原料按重量百分比包括：Sn?8.5?9.5％、TiH<subgt;2</subgt;1.2?1.5％、AgCu共晶粉末89.1?90.3％。本發(fā)明還公開(kāi)了上述AgCuSnTi基復(fù)合釬料的制備方法。本發(fā)明還公開(kāi)了一種AgCuSnTi基復(fù)合釬料焊膏。本發(fā)明還公開(kāi)了上述AgCuSnTi基復(fù)合釬料、上述AgCuSnTi基復(fù)合釬料焊膏在焊接金剛石和銅中的應(yīng)用。本發(fā)明還一種金剛石和銅的焊接方法。本發(fā)明所述釬料、焊膏可以大幅緩解金剛石和銅焊接接頭的殘余應(yīng)力，提高焊接組件的服役穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：徐海濤,石嬌,張嫚,方寧,董多,朱冬冬,閭川陽(yáng),李亞飛,李華鑫,朱流,楊建國(guó),賀艷明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：臺(tái)州學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15