專利名稱：一種Cu-Sn-Ti釬料及使用其釬焊Ti₂AlC陶瓷和銅的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種Cu-Sn基釬料及用其釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法。
背景技術：
Ti2AlC陶瓷是三元層狀陶瓷Mn+1AXn其中的一種，它是兼具金屬和陶瓷性能的結構 /功能一體化陶瓷。Ti2AlC陶瓷的空間點陣為六方晶系，空間群是P63/mmc，由Ti6C八面體 層和二維緊密堆積的Al原子層交替排列而成。首先，Ti原子和Al族原子之間依靠范德華 力結合，使得該陶瓷具備層狀結構和良好的自潤滑性能；其次，Ti原子和C原子之間是共 價鍵結合，Ti-C鍵的牢固結合賦予該陶瓷優(yōu)良的物理、化學和力學性能，例如高熔點、高的 熱穩(wěn)定性；良好的抗氧化性；高彈性模量和高的屈服強度。除此之外，Al原子和Al原子之 間依靠金屬鍵結合，因此Ti2AlC陶瓷也具備金屬的特點，如良好的導電性和導熱性、易加工 性、較低的維氏硬度和較高的剪切模量以及高溫下良好的塑性。早在1963年，Nowotny等人就合成出少量的Ti2AlC并對其基本結構進行了基本性 能的測定，但直到二十世紀九十年代，高純度和高性能的Ti2AlC才被制備出來。該陶瓷抗 氧化性好，耐熱震，并具有較高的彈性模量和斷裂韌性，高溫下有良好的塑性并能保持較高 的強度，易加工，是高溫發(fā)動機理想的候選材料。同時也具有良好的導電性，高強度、低摩擦 系數(shù)和良好的自潤滑性能，可作為新一代的電刷和電極材料。而且又有很好的耐腐蝕、抗氧 化和導熱性及機械加工性，非常適合在高溫、化學腐蝕條件下工作的各類減摩構件，如化學 反應釜的攪拌器的軸承、風扇軸承、特殊的機械密封件等。Ti2AlC陶瓷特殊的性能決定了其廣泛的應用前景，基于Ti2AlC陶瓷優(yōu)良的導電性 和自潤滑等性能，Ti2AlC陶瓷和Cu的連接對載流摩擦器件的發(fā)展有著不可估量的作用。若 將Ti2AlC陶瓷和Cu成功連接，將Ti2AlC陶瓷和Cu的連接件用于載流摩擦器件，能夠解決 現(xiàn)有工程應用中的載流摩擦器件普遍存在成本昂貴、壽命較短的問題。截止到目前，國內外 還沒有關于Ti2AlC陶瓷和Cu連接的文獻報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種Cu-Sn-Ti釬料及使用其釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法，實現(xiàn)了 Ti2AlC陶瓷和銅的高強度、高導電率連接，解決了現(xiàn)有工程應用中的載流摩擦器件普遍存 在成本昂貴、壽命較短的問題。本發(fā)明的Cu-Sn-Ti釬料，是按摩爾百分比將70 % 80 %的Cu粉、10 % 20 %的 Sn粉和10%的TiH2粉通過機械合金化制備得到。本發(fā)明使用Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法，是通過以下步驟實現(xiàn)的 一、將Ti2AlC陶瓷依次用320#、600#、800#、1000#、1200#和1600#金相砂紙打磨到表面光 亮，然后用型號為0. 5 μ m的金剛石拋光劑將Ti2AlC陶瓷的待連接表面拋光；然后將銅依 次用1000#和1600#金相砂紙打磨至表面光亮，然后用型號為0.5μπι的金剛石拋光劑將 銅的待連接表面拋光；二、將經(jīng)步驟一處理后的Ti2AlC陶瓷和銅浸入無水乙醇中，超聲清洗10 20min，取出，晾干；三、將Cu-Sn-Ti釬料和羥乙基纖維素粘結劑混合得膏狀Cu-Sn-Ti 釬料，然后將膏狀Cu-Sn-Ti釬料、Ti2AlC陶瓷和銅裝配成Ti2AlC陶瓷/Cu-Sn-Ti釬料/ 銅的結構件，然后裝配上壓頭，得釬焊裝配件，其中Ti2AlC陶瓷/Cu-Sn-Ti釬料/銅的結 構件通過瞬間粘合劑粘結固定；四、將釬焊裝配件置于真空釬焊爐中，將釬焊裝配件加壓至 5800 6200Pa，然后抽真空至1. 3 × 10-3Pa,然后升溫至300°C，保溫30min，再升溫至920 980°C，保溫10 30min，然后降溫至300°C，再隨爐冷卻，即完成使用Cu-Sn-Ti釬料釬焊 Ti2AlC陶瓷和銅的方法。本發(fā)明步驟三裝配成的Ti2AlC陶瓷/混合釬料/銅結構為三明治結構，混合釬料 位于Ti2AlC陶瓷和銅中間。步驟四中加熱升溫到300°C并保溫30min，使用于混合釬料中 的有機膠充分揮發(fā)。本發(fā)明的Cu-Sn-Ti釬料是以Cu粉、Sn粉和TiH2粉作為制備Cu-Sn-Ti粉末釬料 的原材料，采用機械合金化方法制備得粉末釬料。本發(fā)明選擇TiH2粉代替Ti粉，是由于單 質Ti活性較大，在機械合金化的過程中極易被氧化或污染，最終影響接頭組織和性能。隨 著溫度升高，TiH2可以完成脫H而得到單質Ti，另外，Cu粉、Sn粉和TiH2粉三種粉末中，Cu 粉和Sn粉塑性較好，相反，TiH2粉為脆性相，故在機械球磨時塑性相能夠被破碎并分散均 勻。本發(fā)明的Cu-Sn-Ti釬料，能夠保證接頭的導電性。Cu-Sn-Ti釬料為Cu基釬料，同 時由于一側母材為純銅，所以在釬料中加入一定量的Sn，起到降低熔點的作用。然而考慮到 釬料中的Cu元素會與Ti2AlC陶瓷母材發(fā)生強烈的交互作用，故在釬料中再添加一定量的 Ti，由于Ti與Cu能形成多種反應物，從而降低Cu和Ti2AlC陶瓷母材的交互作用，另外，力口 入Ti元素，有利于改善Cu-Sn-Ti釬料的潤濕性。綜上所述，選擇了 Cu-Sn-Ti釬料體系。本發(fā)明采用Cu粉、Sn粉和TiH2粉作為Cu-Sn-Ti粉末釬料的初始材料，由于單質 Ti活性較大，在機械合金化的過程中極易被氧化或污染，最終影響接頭組織和性能，因此選 擇TiH2粉為原始材料，隨著溫度升高，TiH2可以完成脫H而得到單質Ti，另外，Cu粉、Sn粉 和TiH2吐粉三種粉末中，Cu粉和Sn粉塑性較好，相反，TiH2粉為脆性相，故在機械球磨時塑 性相能夠被破碎并分散均勻。采用本發(fā)明的Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和Cu，通過控制釬焊溫度(920 9800C )和保溫時間(10 30min)，以控制反應層厚度和接頭中反應相的分布，進而達 到控制接頭組織和性能的目的，成功實現(xiàn)了 Ti2AlC陶瓷和Cu的連接，并得到高強度、導 電性好的接頭。接頭的壓縮剪切強度達到40. 53 187MPa，電導率達到5. 130× 106 5. 997× 106S/m。本發(fā)明Ti2AlC陶瓷和Cu的成功連接，將Ti2AlC陶瓷和Cu的連接件用于載流摩擦 器件，能夠解決現(xiàn)有工程應用中的載流摩擦器件普遍存在成本昂貴、壽命較短的問題，對載 流摩擦器件的發(fā)展有著不可估量的作用。將Ti2AlC陶瓷與銅進行連接，不僅能夠充分發(fā)揮 Ti2AlC陶瓷優(yōu)良的熱、電傳導性能、自潤滑性、在輻射環(huán)境下的高溫熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的力學 性能，同時還能夠利用銅優(yōu)異的電熱傳導性，對承受摩擦或輻射的構件進行電傳導或冷卻。


圖1是具體實施方式
十三的步驟三中的Ti2AlC陶瓷/Cu-Sn-Ti釬料/銅的結構件的結構示意圖；圖2是具體實施方式
二十釬焊得到的Ti2AlC陶瓷和銅的連接件的接頭的 背散射電子照片；圖3是具體實施方式
二十釬焊得到的Ti2AlC陶瓷和銅的連接件的接頭的 剪切斷口形貌圖；圖4是具體實施方式
二十一釬焊得到的Ti2AlC陶瓷和銅的連接件的接頭 的背散射電子照片；圖5是具體實施方式
二十一釬焊得到的Ti2AlC陶瓷和銅的連接件的接 頭的剪切斷口形貌圖；圖6是具體實施方式
二十四釬焊得到的Ti2AlC陶瓷和銅的連接件的 接頭的背散射電子照片；圖7是具體實施方式
二十四釬焊得到的Ti2AlC陶瓷和銅的連接件 的接頭的剪切斷口形貌圖。
具體實施例方式本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式的Cu-Sn-Ti釬料是按摩爾百分比將70% 80%的 Cu粉、10% 20%的Sn粉和10%的TiH2粉通過機械合金化制備得到。本實施方式中所述的機械合金化的具體操作方法為按摩爾百分比稱取70% 80 %的Cu粉、10 % 20 %的Sn粉和10 %的TiH2粉，然后將Cu粉、Sn粉和TiH2粉的混合 粉末放入QM-3SP04行星球磨機附帶的Al2O3陶瓷罐中，控制球料比為5 1，轉速為260r/ min，對混合粉末進行球磨即可。本實施方式中的Cu-Sn-Ti釬料為粉末釬料，能夠保證接頭的導電性。Cu-Sn-Ti釬 料為Cu基釬料，同時由于一側母材為純銅，所以在釬料中加入一定量的Sn，起到降低熔點 的作用。然而考慮到釬料中的Cu元素會與Ti2AlC陶瓷母材發(fā)生強烈的交互作用，故在釬 料中再添加一定量的Ti，由于Ti與Cu能形成多種反應物，從而降低Cu和Ti2AlC陶瓷母材 的交互作用，另外，加入Ti元素，有利于改善Cu-Sn-Ti釬料的潤濕性。本實施方式的Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和銅得到的接頭的壓縮剪切強度達 到 40. 53 187MPa,電導率達到 5. 130 X IO6 5. 997X 106S/m。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是Cu-Sn-Ti釬料是按摩 爾百分比將75%的Cu粉、15%的Sn粉和10%的TiH2粉通過機械合金化制備得到。其它 參數(shù)與具體實施方式
一相同。本實施方式的Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和銅得到的接頭的壓縮剪切強度達 到 40. 53 187MPa,電導率達到 5. 130 X IO6 5. 997X 106S/m。
具體實施方式
三本實施方式的使用Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方 法，是通過以下步驟實現(xiàn)的一、將Ti2AlC陶瓷依次用320#、600#、800#、1000#、1200#和 1600#金相砂紙打磨到表面光亮，然后用型號為0. 5μπι的金剛石拋光劑將Ti2AlC陶瓷的 待連接表面拋光；然后將銅依次用1000#和1600#金相砂紙打磨至表面光亮，然后用型號 為0. 5 μ m的金剛石拋光劑將銅的待連接表面拋光；二、將經(jīng)步驟一處理后的Ti2AlC陶瓷和 銅浸入無水乙醇中，超聲清洗10 20min，取出，晾干；三、將Cu-Sn-Ti釬料和羥乙基纖維 素粘結劑混合得膏狀Cu-Sn-Ti釬料，然后將膏狀Cu-Sn-Ti釬料、Ti2AlC陶瓷和銅裝配成 Ti2AlC陶瓷/Cu-Sn-Ti釬料/銅的結構件，然后裝配上壓頭，得釬焊裝配件，其中Ti2AlC陶 瓷/Cu-Sn-Ti釬料/銅的結構件通過瞬間粘合劑粘結固定；四、將釬焊裝配件置于真空釬焊 爐中，將釬焊裝配件加壓至5800 6200Pa，然后抽真空至1. 3X 10_3Pa，然后升溫至300°C，保溫30min，再升溫至920 980°C，保溫10 30min，然后降溫至300°C，再隨爐冷卻，即完 成使用Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法。本實施方式步驟三中所述的羥乙基纖維素粘結劑為半固態(tài)的，其制備方法為將羥 乙基纖維素與水混合后加熱形成的半固態(tài)膠狀物，其中羥乙基纖維素的質量是羥乙基纖維 素和水的混合物質量的1% 5 %。 本實施方式的Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和Cu的方法，通過控制釬焊溫度 (920 980°C )和保溫時間(10 30min)，以控制反應層厚度和接頭中反應相的分布，進 而達到控制接頭組織和性能的目的，成功實現(xiàn)了 Ti2AlC陶瓷和Cu的連接，并得到高強度、 導電性好的接頭。接頭的壓縮剪切強度達到40. 53 187MPa，電導率達到5. 130X IO6 5. 997X 106S/m。本實施方式中Ti2AlC陶瓷和Cu的成功連接，將Ti2AlC陶瓷和Cu的連接件用于載 流摩擦器件，能夠解決現(xiàn)有工程應用中的載流摩擦器件普遍存在成本昂貴、壽命較短的問 題，對載流摩擦器件的發(fā)展有著不可估量的作用。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
三不同的是步驟三中釬焊裝配件的 制作方法為將Cu-Sn-Ti釬料與羥乙基纖維素粘結劑混合得膏狀Cu-Sn-Ti共晶釬料，然 后將膏狀Cu-Sn-Ti釬料分別涂覆于Ti2AlC陶瓷的待連接表面和銅的待連接表面上形成 Cu-Sn-Ti釬料層，然后用瞬間粘合劑將Ti2AlC陶瓷的待連接表面上的Cu-Sn-Ti釬料層和 和銅的待連接表面上的Cu-Sn-Ti釬料層粘結，裝配成Ti2AlC陶瓷/Cu-Sn-Ti釬料/銅的 結構，然后裝配上壓頭，得釬焊裝配件。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
三相同。本實施方式中膏狀Cu-Sn-Ti釬料在Ti2AlC陶瓷和銅上的涂覆面積應當相等，并 且涂覆面積與Ti2AlC陶瓷和銅的待連接表面中較小的相等。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
三或四不同的是步驟三中所述的瞬 間粘合劑為502瞬間粘合劑、101瞬間粘合劑、401瞬間膠或TOICON瞬間粘合劑。其它步驟 及參數(shù)與具體實施方式
三或四相同。本實施方式中的瞬間粘合劑均為市售產(chǎn)品。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
三、四或五不同的是步驟四中將釬 焊裝配件加壓至6000Pa。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
三、四或五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
三至六之一不同的是步驟四匯總再 升溫至940 970°C，保溫10 20min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
三至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
三至六之一不同的是步驟四匯總再 升溫至950°C，保溫lOmin。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
三至六之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
三至六之一不同的是步驟四匯總再 升溫至980°C，保溫lOmin。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
三至六之一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
三至九之一不同的是步驟四中升溫 速率為10°C /min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
三至九之一相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
三至十之一不同的是步驟四中降 溫速率為5°C /min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
三至十之一相同。
具體實施方式
十二 本實施方式的Cu-Sn-Ti釬料是按摩爾百分比將70%的Cu 粉、20%的Sn粉和10%的TiH2粉通過機械合金化制備得到。
本實施方式的Cu-Sn-Ti釬料記為Cu70Sn20Til0釬料。
具體實施方式
十三本實施方式為使用具體實施方式
十二的Cu70Sn20Til0釬料 釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法，其是通過以下步驟實現(xiàn)的一、將Ti2AlC陶瓷依次用320#、 600#、800#、1000#、1200#和1600#金相砂紙打磨到表面光亮，然后用型號為0. 5μπι的金 剛石拋光劑將Ti2AlC陶瓷的待連接表面拋光；然后將銅依次用1000#和1600#金相砂紙 打磨至表面光亮，然后用型號為0.5μπι的金剛石拋光劑將銅的待連接表面拋光；二、將 經(jīng)步驟一處理后的Ti2AlC陶瓷和銅浸入無水乙醇中，超聲清洗20min，取出，晾干；三、將 Cu70Sn20Til0釬料和羥乙基纖維素粘結劑混合得膏狀Cu70Sn20Til0釬料，然后將膏狀 Cu70Sn20Til0釬料、Ti2AlC陶瓷和銅裝配成Ti2AlC陶瓷/Cu70Sn20Til0釬料/銅的結構 件，然后裝配上壓頭，得釬焊裝配件，其中Ti2AlC陶瓷/Cu70Sn20Til0釬料/銅的結構件 通過502瞬間粘合劑粘結固定；四、將釬焊裝配件置于真空釬焊爐中，將釬焊裝配件加壓至 6000Pa,然后抽真空至1. 3 X 10_3Pa，然后升溫至300 V，保溫30min，再升溫至920°C，保溫 lOmin，然后降溫至300°C，再隨爐冷卻，即完成使用Cu70Sn20Til0釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和 銅的方法。本實施方式步驟一中所述的銅為紫銅。步驟三中所述的羥乙基纖維素粘結劑為半 固態(tài)的，其制備方法為將羥乙基纖維素與水混合后加熱形成的半固態(tài)膠狀物，其中羥乙基 纖維素的質量是羥乙基纖維素和水的混合物質量的 5%。本實施方式步驟三中釬焊裝配件的制作方法為具體實施方式
四中記載的制作方 法。本實施方式步驟三中的Ti2AlC陶瓷/Cu70Sn20Til0釬料/銅的結構件的結構示意圖 如圖1所示，類似于三明治夾心結構。本實施方式對釬焊得到的Ti2AlC陶瓷和銅的連接件分別進行壓縮剪切強度和電 導率的測試，其中測試方法為使用Instron-5569型電子萬能材料試驗機(壓頭移動速率 為0. 5mm/min)測定接頭的壓縮剪切強度；采用ZY9858型微歐計測試接頭的電阻，將電阻按
r = ^公式換算即得到接頭的電導率，其中Y為電導率，R為電阻，L為測試樣的長度，
S是測試件的截面積。結果顯示本實施方式的Ti2AlC陶瓷和銅的連接件的壓縮剪切強度為 75MPa,電導率為 5. 24X 106S/m。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
十三不同的是步驟四中再升溫至 950°C，保溫lOmin。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
十三相同。采用具體實施方式
十三相同的測試方式得到，本實施方式的Ti2AlC陶瓷和銅的連 接件的接頭壓縮剪切強度為96. 73MPa,電導率為5. 62X 106S/m。
具體實施方式
十五本實施方式的Cu-Sn-Ti釬料是按摩爾百分比將75%的Cu 粉、15%的Sn粉和10%的TiH2粉通過機械合金化制備得到。本實施方式的Cu-Sn-Ti釬料記為Cu75Snl5TilO釬料。
具體實施方式
十六本實施方式采用具體實施方式
十五的Cu75Snl5TilO釬料 釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法，其是通過以下步驟實現(xiàn)的一、將Ti2AlC陶瓷依次用320#、 600#、800#、1000#、1200#和1600#金相砂紙打磨到表面光亮，然后用型號為0. 5μπι的金 剛石拋光劑將Ti2AlC陶瓷的待連接表面拋光；然后將銅依次用1000#和1600#金相砂紙 打磨至表面光亮，然后用型號為0.5μπι的金剛石拋光劑將銅的待連接表面拋光；二、將經(jīng)步驟一處理后的Ti2AlC陶瓷和銅浸入無水乙醇中，超聲清洗20min，取出，晾干；三、將 Cu75Snl5TilO釬料和羥乙基纖維素粘結劑混合得膏狀Cu75Snl5TilO釬料，然后將膏狀 Cu75Snl5TilO釬料、Ti2AlC陶瓷和銅裝配成Ti2AlC陶瓷/Cu75Snl5TilO釬料/銅的結構 件，然后裝配上壓頭，得釬焊裝配件，其中Ti2AlC陶瓷/Cu75Snl5TilO釬料/銅的結構件 通過502瞬間粘合劑粘結固定；四、將釬焊裝配件置于真空釬焊爐中，將釬焊裝配件加壓至 6000Pa,然后抽真空至1. 3 X 10_3Pa，然后升溫至300 V，保溫30min，再升溫至920°C，保溫 lOmin，然后降溫至300°C，再隨爐冷卻，即完成使用Cu75Snl5TilO釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和 銅的方法。本實施方式步驟一中所述的銅為紫銅。步驟三中所述的羥乙基纖維素粘結劑為半 固態(tài)的，其制備方法為將羥乙基纖維素與水混合后加熱形成的半固態(tài)膠狀物，其中羥乙基 纖維素的質量是羥乙基纖維素和水的混合物質量的 5%。本實施方式步驟三中釬焊裝配件的制作方法為具體實施方式
四中記載的制作方 法。本實施方式步驟三中的Ti2AlC陶瓷/Cu75Snl5TilO釬料/銅的結構件的結構類似于 三明治夾心結構。采用具體實施方式
十三相同的測試方式得到，本實施方式的Ti2AlC陶瓷和銅的連 接件的接頭壓縮剪切強度為70MPa，電導率為5. 34X 106S/m。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
十六不同的是步驟四中再升溫至 950°C，保溫lOmin。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
十六相同。采用具體實施方式
十三相同的測試方式得到，本實施方式的Ti2AlC陶瓷和銅的連 接件的接頭壓縮剪切強度為68. 7MPa,電導率為5. 56X 106S/m。
具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
十六不同的是步驟四中再升溫至 970°C，保溫lOmin。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
十六相同。采用具體實施方式
十三相同的測試方式得到，本實施方式的Ti2AlC陶瓷和銅的連 接件的接頭壓縮剪切強度為72. 65MPa,電導率為5. 64X 106S/m。
具體實施方式
十九本實施方式的Cu-Sn-Ti釬料是按摩爾百分比將80%的Cu 粉、10%的Sn粉和10%的TiH2粉通過機械合金化制備得到。本實施方式的Cu-Sn-Ti釬料記為Cu80Snl0Til0釬料。
具體實施方式
二十本實施方式為采用具體實施方式
十九的CuSOSnlOTilO釬料 釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法，其是通過以下步驟實現(xiàn)的一、將Ti2AlC陶瓷依次用320#、 600#、800#、1000#、1200#和1600#金相砂紙打磨到表面光亮，然后用型號為0. 5μπι的金 剛石拋光劑將Ti2AlC陶瓷的待連接表面拋光；然后將銅依次用1000#和1600#金相砂紙 打磨至表面光亮，然后用型號為0.5μπι的金剛石拋光劑將銅的待連接表面拋光；二、將 經(jīng)步驟一處理后的Ti2AlC陶瓷和銅浸入無水乙醇中，超聲清洗20min，取出，晾干；三、將 CuSOSnlOTilO釬料和羥乙基纖維素粘結劑混合得膏狀CuSOSnlOTilO釬料，然后將膏狀 Cu80Snl0Til0釬料、Ti2AlC陶瓷和銅裝配成Ti2AlC陶瓷/Cu80Snl0Til0釬料/銅的結構 件，然后裝配上壓頭，得釬焊裝配件，其中Ti2AlC陶瓷/CuSOSnlOTilO釬料/銅的結構件 通過502瞬間粘合劑粘結固定；四、將釬焊裝配件置于真空釬焊爐中，將釬焊裝配件加壓至 6000Pa,然后抽真空至1. 3 X 10_3Pa，然后升溫至300 V，保溫30min，再升溫至920°C，保溫 lOmin，然后降溫至300°C，再隨爐冷卻，即完成使用Cu80Snl0Til0釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法。本實施方式步驟一中所述的銅為紫銅。步驟三中所述的羥乙基纖維素粘結劑為半 固態(tài)的，其制備方法為將羥乙基纖維素與水混合后加熱形成的半固態(tài)膠狀物，其中羥乙基 纖維素的質量是羥乙基纖維素和水的混合物質量的 5%。本實施方式步驟三中釬焊裝配件的制作方法為具體實施方式
四中記載的制作方 法。本實施方式步驟三中的Ti2AlC陶瓷/CuSOSnlOTilO釬料/銅的結構件的結構類似于 三明治夾心結構。采用具體實施方式
十三相同的測試方式得到，本實施方式的Ti2AlC陶瓷和銅的連 接件的接頭壓縮剪切強度為65MPa，電導率為5. 20X 106S/m。本實施方式釬焊得到的Ti2AlC陶瓷和銅的連接件的接頭的背散射電子照片如圖 2所示，由圖2可知焊縫很薄，接近10 μ m，釬料/陶瓷界面形成的擴散層很寬，平均寬度約 60 μ m0本實施方式釬焊得到的Ti2AlC陶瓷和銅的連接件的接頭的剪切斷口形貌如圖3 所示，由圖3可知，斷裂發(fā)生在釬縫內部，接頭強度低于母材強度。
具體實施方式
二十一本實施方式與具體實施方式
二十不同的是步驟四中再升溫 至950°C，保溫lOmin。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十相同。采用具體實施方式
十三相同的測試方式得到，本實施方式的Ti2AlC陶瓷和銅的連 接件的接頭壓縮剪切強度為158. 47MPa,電導率為5. 651X 106S/m。本實施方式釬焊得到的Ti2AlC陶瓷和銅的連接件的接頭的背散射電子照片如圖4 所示，由圖4可知焊縫寬度為60 μ m，中間分布著大量的條狀物質和在該物質上的白色點狀 CuSn3Ti5相，釬料/陶瓷界面擴散層變薄，近陶瓷處出現(xiàn)一些塊狀相。本實施方式釬焊得到的Ti2AlC陶瓷和銅的連接件的接頭的剪切斷口形貌如圖5 所示，由圖5可知，斷裂產(chǎn)生在Ti2AlC陶瓷母材上，斷口其形貌呈現(xiàn)典型的陶瓷凹型模式斷 裂形貌。
具體實施方式
二十二 本實施方式與具體實施方式
二十不同的是步驟四中再升溫 至950°C，保溫15min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十相同。采用具體實施方式
十三相同的測試方式得到，本實施方式的Ti2AlC陶瓷和銅的連 接件的接頭壓縮剪切強度為48MPa，電導率為5. 130X 106S/m。
具體實施方式
二十三本實施方式與具體實施方式
二十不同的是步驟四中再升溫 至950°C，保溫30min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十相同。采用具體實施方式
十三相同的測試方式得到，本實施方式的Ti2AlC陶瓷和銅的連 接件的接頭壓縮剪切強度為40. 53MPa,電導率為5. 997X 106S/m。
具體實施方式
二十四本實施方式與具體實施方式
二十不同的是步驟四中再升溫 至980°C，保溫lOmin。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
二十相同。采用具體實施方式
十三相同的測試方式得到，本實施方式的Ti2AlC陶瓷和銅的連 接件的接頭壓縮剪切強度為187MPa，電導率為5. 591X 106S/m。本實施方式釬焊得到的Ti2AlC陶瓷和銅的連接件的接頭的背散射電子照片如圖6 所示，由圖6可知，焊縫約為50 μ m,焊縫中的CuSn3Ti5相消失，主要形成Cu [Al]固溶體和 固溶體中的Cu-Al-Ti三元化合物，Cu向Ti2AlC陶瓷母材擴散層變薄。
本實施方式釬焊得到的Ti2AlC陶瓷和銅的連接件的接頭的剪切斷口形貌如圖7所示，由圖7可知，斷裂產(chǎn)生在Ti2AlC陶瓷母材上，斷口其形貌呈現(xiàn)典型的陶瓷凹型模式斷 裂形貌。
權利要求
一種Cu Sn Ti釬料，其特征在于Cu Sn Ti釬料是按摩爾百分比將70％～80％的Cu粉、10％～20％的Sn粉和10％的TiH2粉通過機械合金化制備得到。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種Cu-Sn-Ti釬料，其特征在于Cu-Sn-Ti釬料是按摩爾百 分比將75%的Cu粉、15%的Sn粉和10%的TiH2粉通過機械合金化制備得到。
3.使用如權利要求1所述的Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法，其特征在于 使用Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法是通過以下步驟實現(xiàn)的一、將Ti2AlC陶 瓷依次用320#、600#、800#、1000#、1200#和1600#金相砂紙打磨到表面光亮，然后用型號為 0. 5 μ m的金剛石拋光劑將Ti2AlC陶瓷的待連接表面拋光；然后將銅依次用1000#和1600# 金相砂紙打磨至表面光亮，然后用型號為0. 5 μ m的金剛石拋光劑將銅的待連接表面拋光； 二、將經(jīng)步驟一處理后的Ti2AlC陶瓷和銅浸入無水乙醇中，超聲清洗10 20min，取出，晾 干；三、將Cu-Sn-Ti釬料和羥乙基纖維素粘結劑混合得膏狀Cu-Sn-Ti釬料，然后將膏狀 Cu-Sn-Ti釬料、Ti2AlC陶瓷和銅裝配成Ti2AlC陶瓷/Cu-Sn-Ti釬料/銅的結構件，然后裝 配上壓頭，得釬焊裝配件，其中Ti2AlC陶瓷/Cu-Sn-Ti釬料/銅的結構件通過瞬間粘合劑 粘結固定；四、將釬焊裝配件置于真空釬焊爐中，將釬焊裝配件加壓至5800 6200Pa，然后 抽真空至1. 3X IO3Pa,然后升溫至300°C，保溫30min，再升溫至920 980°C，保溫10 30min，然后降溫至300°C，再隨爐冷卻，即完成使用Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的 方法。
4.根據(jù)權利要求3所述的使用Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法，其特征在 于步驟三中釬焊裝配件的制作方法為將Cu-Sn-Ti釬料與羥乙基纖維素粘結劑混合得膏 狀Cu-Sn-Ti共晶釬料，然后將膏狀Cu-Sn-Ti釬料分別涂覆于Ti2AlC陶瓷的待連接表面和 銅的待連接表面上形成Cu-Sn-Ti釬料層，然后用瞬間粘合劑將Ti2AlC陶瓷的待連接表面 上的Cu-Sn-Ti釬料層和和銅的待連接表面上的Cu-Sn-Ti釬料層粘結，裝配成Ti2AlC陶瓷 /Cu-Sn-Ti釬料/銅的結構，然后裝配上壓頭，得釬焊裝配件。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的使用Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法，其特征 在于步驟三中所述的瞬間粘合劑為502瞬間粘合劑、101瞬間粘合劑、401瞬間膠或TOICON 瞬間粘合劑。
6.根據(jù)權利要求3或4所述的使用Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法，其特 征在于步驟四中將釬焊裝配件加壓至6000Pa。
7.根據(jù)權利要求3或4所述的使用Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法，其特 征在于步驟四匯總再升溫至940 970°C，保溫10 20min。
8.根據(jù)權利要求3或4所述的使用Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法，其特 征在于步驟四匯總再升溫至950°C，保溫lOmin。
9.根據(jù)權利要求3或4所述的使用Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法，其特 征在于步驟四匯總再升溫至980°C，保溫lOmin。
10.根據(jù)權利要求3或4所述的使用Cu-Sn-Ti釬料釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法，其特 征在于步驟四中升溫速率為10°c /min。
全文摘要
一種Cu-Sn-Ti釬料及使用其釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法，涉及Cu-Sn基釬料及釬焊Ti2AlC陶瓷和銅的方法。實現(xiàn)Ti2AlC陶瓷和銅的高強度、高導電率連接。釬焊方法分別將Ti2AlC陶瓷和銅進行打磨、拋光和清洗處理后，將Ti2AlC陶瓷、Cu-Sn-Ti釬料和銅裝配成釬焊裝配件，然后置于真空釬焊爐中釬焊即可。本發(fā)明成功實現(xiàn)Ti2AlC陶瓷和Cu的連接，接頭壓縮剪切強度達40.53～187MPa，電導率達5.13×106～5.997×106S/m，接頭強度高，導電性好。將Ti2AlC陶瓷和Cu的連接件用于載流摩擦器件，能解決現(xiàn)有工程應用中載流摩擦器件存在成本昂貴、壽命較短的問題。
文檔編號B23K1/008GK101987402SQ201010565350
公開日2011年3月23日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權日2010年11月30日
發(fā)明者張 杰, 鄭醫(yī) 申請人:哈爾濱工業(yè)大學