無氧銅復合焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種低壓力擴散焊和釬焊復合焊相結合的無氧銅復合焊接方法。該無氧銅復合焊接方法包括：步驟A，將待焊接的多個無氧銅部件進行預處理，去除表面的氧化膜；步驟B，將多個無氧銅部件進行裝配，固定各無氧銅部件的相對位置，保證焊接面緊密接觸，對多個無氧銅部件的焊接面進行低壓擴散焊；以及步驟C，在焊接面邊緣處預置的焊料孔中放置電真空釬料，對多個無氧銅部件進行釬焊。本發(fā)明無氧銅復合焊接方法形成的復合焊接頭結合緊密、焊接精度高、真空密封性好、接頭抗拉強度200～300MPa，接近甚至高于無氧銅母材強度。
【專利說明】無氧銅復合焊接方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接【技術領域】，尤其涉及一種無氧銅復合焊接方法。
【背景技術】
[0002]無氧銅具有高的電導率和熱導率，低的氧含量，便于機械加工，無磁性等優(yōu)點，是真空電子器件中使用最廣泛的結構材料，在很多結構中涉及無氧銅的連接，目前常采用釬焊、氬弧焊、擴散焊等焊接方法。
[0003]隨著器件的小型化，高頻段體積數(shù)十倍減小，真空電子器件內部結構更加精密，且要求所有接觸面均達到冶金結合。常用的釬焊方法因釬料漫流難以控制，難以連接全部接觸面且不影響其內部精密結構。氬弧焊只能用于薄壁無氧銅零件連接，且熔深難以精確控制，變形量也較大。普通無氧銅擴散焊方法，為獲得氣密性結構，需提高擴散溫度，且需施加5?15MPa的擴散壓力，焊接件變形較大，無法達到精密連接的要求。解決無氧銅材料的精密焊接問題是在電真空器件小型化研究過程中亟待解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]鑒于上述技術問題，本發(fā)明提供了一種無氧銅復合焊接方法，以解決現(xiàn)有無氧銅材料焊接技術焊料漫流、變形量大的問題。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]本發(fā)明提供了一種低壓力擴散焊和釬焊復合焊相結合的無氧銅復合焊接方法。該無氧銅復合焊接方法包括:步驟A，將待焊接的多個無氧銅部件進行預處理，去除表面的氧化膜；步驟B，將多個無氧銅部件進行裝配，固定各無氧銅部件的相對位置，保證焊接面緊密接觸，對多個無氧銅部件的焊接面進行低壓擴散焊；以及步驟C，在焊接面邊緣處預置的焊料孔中放置電真空釬料，對多個無氧銅部件進行釬焊。
[0008](三)有益效果
[0009]從上述技術方案可以看出，本發(fā)明無氧銅復合焊接方法形成的復合焊接頭結合緊密、焊接精度高、真空密封性好、接頭抗拉強度200?300MPa，接近甚至高于無氧銅母材強度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例無氧銅復合焊接方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0011]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術領域】中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應了解，參數(shù)無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。
[0012]本發(fā)明無氧銅復合焊接方法采用低壓力擴散焊與釬焊相結合的方式，解決了現(xiàn)在無氧銅焊接方法變形量大，焊料漫流影響精密結構等問題。
[0013]在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種無氧銅復合焊接方法。圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例無氧銅復合焊接方法的流程圖。請參照圖1，本實施例無氧銅復合焊接方法包括:
[0014]步驟A，將待焊接的多個無氧銅部件進行預處理，去除表面的氧化膜，預處理后的焊接面粗糙度< 0.4 ；
[0015]本發(fā)明中，待焊接的無氧銅部件至少為2個，一般情況下，無氧銅部件的數(shù)目為2?10個。
[0016]將零件浸在丙酮溶液中超聲波清洗20?60min，然后放入氫氣爐進行燒氫退火處理，燒氫溫度為500?700°C，保溫時間30?60min，通過該燒氫退火處理可避免酸洗去表面氧化膜，保證零件的加工精度和表面粗糙度。
[0017]步驟B，將多個無氧銅部件進行裝配，固定各無氧銅部件的相對位置，保證焊接面緊密接觸，對多個無氧銅部件的焊接面進行低壓擴散焊；
[0018]將經(jīng)過表面凈化的無氧銅零件進行裝配，用對中桿等方法將相對位置固定，且保證待焊接面緊密接觸。
[0019]將待焊接的無氧銅部件放入真空爐，并通過重物加壓的方式施加0.05?0.5MP擴散壓力，擴散焊過程中真空度始終優(yōu)于lX10_3Pa，以10?20°C /min的加熱速度達到擴散溫度800?1020°C，并且在該溫度下保溫30?200min進行擴散連接，然后以5?10°C /min的速度冷卻到250?300°C，再隨爐冷卻至室溫，即完成低壓擴散焊。
[0020]需要說明的是，本實施例是在真空環(huán)境下對無氧銅部件進行擴散焊，但本發(fā)明并不以此為限，也可以在保護氣氛(如N2, 4等)下進行，保護氣氛的壓力介于105MPa與115MPa 之間。
[0021]步驟C，在焊接面邊緣處預置的焊料孔中放置電真空釬料，對多個無氧銅部件進行釬焊。
[0022]無氧銅部件完成低壓擴散焊后，在其預設好焊料孔中放置電真空釬料，焊料為AuNi17.5、AuCu2tl、PdAgCu或AgCu28,在真空爐或氫氣爐中進行釬焊。以10?2(TC /min加熱速度達到焊料流點溫度以上20?30°C，保溫至焊料完全熔化，然后以5?10°C /min的速度冷卻到250?300°C，再隨爐冷卻至室溫，完成釬焊過程。
[0023]本實施例采用的無氧銅材料，形成復合焊接頭結合緊密、焊接精度高、真空密封性好、接頭抗拉強度為200?300MPa，接近或高于無氧銅母材。
[0024]在上述實施例的基礎上，以下給出幾個應用本發(fā)明的實例來具體介紹本發(fā)明:
[0025]實例一:
[0026]本實例中無氧銅精密焊接方法如下:待焊件接觸面粗糙度為0.4，將零件浸在丙酮溶液中超聲波清洗30min，然后放入氫氣爐進行燒氫退火處理，燒氫溫度為550°C，保溫時間60min。然后將無氧銅零件進行裝配，保證結合面緊密接觸，并用對中桿等方法將相對位置固定。進真空爐，并通過重物加壓的方式施加0.2MP擴散壓力，擴散焊過程中真空度始終優(yōu)于IX IO-3Pa,以15°C /min的加熱速度升溫到950°C，保溫60min，然后以10°C /min的速度冷卻到300°C，再隨爐冷卻至室溫，即完成低壓擴散焊；出爐后在其預設好焊料孔中放置電真空釬料，焊料為AuCu2ci，進真空爐進行釬焊。以15/min加熱速度升溫到940°C，保溫2min至焊料完全熔化，然后以10°C/min的速度冷卻到300°C，再隨爐冷卻至室溫，至此完成低壓擴散焊釬焊復合焊過程。
[0027]實例二:
[0028]本實例與實例一不同的是待焊件接觸面粗糙度為0.2，其它與實例一相同。
[0029]實例三:
[0030]本實例與實例一不同的是低壓擴散焊壓力為0.08MPa，其它與實例一相同。
[0031]實例四:
[0032]本實例與實例一不同的是低壓擴散焊溫度為850°C，保溫時間為120min，其它與實例一相同。
[0033]實例五:
[0034]本實例與實例一不同的是釬焊連接采用AuNi17.5，釬焊溫度為975°C，其它與實例一相同。
[0035]實例六:
[0036]本實例與實例一不同的是釬焊連接采用Pd15AgCu,釬焊溫度為920°C，其它與實例一相同。
[0037]實例七:
[0038]本實例與實例一不同的是釬焊連接采用AgCu28，釬焊溫度為820°C，其它與實例一相同。
[0039]至此，已經(jīng)結合附圖對本發(fā)明進行了詳細描述。依據(jù)以上描述，本領域技術人員應當對本發(fā)明無氧銅復合焊接方法有了清楚的認識。
[0040]此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結構、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替換。
[0041]綜上所述，本發(fā)明提供一種低壓力擴散焊與釬焊相結合的無氧銅復合焊接方法，實現(xiàn)了無氧銅材料的氣密性連接，焊接變形小，焊料不影響零件內部精密結構，接頭抗拉強度，接近甚至高于無氧銅母材強度。
[0042]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種無氧銅復合焊接方法，其特征在于，包括: 步驟A，將待焊接的多個無氧銅部件進行預處理，去除表面的氧化膜； 步驟B，將多個無氧銅部件進行裝配，固定各無氧銅部件的相對位置，保證焊接面緊密接觸，對多個無氧銅部件的焊接面進行低壓擴散焊；以及 步驟C，在所述焊接面邊緣處預置的焊料孔中放置電真空釬料，對多個無氧銅部件進行釬焊。
2.根據(jù)權利要求1所述的無氧銅復合焊接方法，其特征在于，所述步驟B中，低壓擴散焊的擴散壓力介于0.05?0.5MP之間，擴散溫度介于800?1020°C之間，保溫時間介于30 ?200min。
3.根據(jù)權利要求2所述的無氧銅復合焊接方法，其特征在于，所述低壓擴散焊在真空環(huán)境下進行或保護氣氛下進行。
4.根據(jù)權利要求3所述的無氧銅復合焊接方法，其特征在于，所述保護氣氛的氣體為N2 或4。
5.根據(jù)權利要求1所述的無氧銅復合焊接方法，其特征在于，所述步驟C中電真空釬料的焊料以下材料中的一種:AuNi17.5、AuCu2(l、PdAgCu或AgCu28。
6.根據(jù)權利要求5所述的無氧銅復合焊接方法，其特征在于，所述步驟C中，以10?200C /min加熱速度達到焊料流點溫度以上20?30°C，保溫至焊料完全熔化，然后以5?IO0C /min的速度冷卻到250?300°C，再隨爐冷卻至室溫。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的無氧銅復合焊接方法，其特征在于，所述多個無氧銅部件的焊接面的粗糙度< 0.4。
8.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的無氧銅復合焊接方法，其特征在于，所述步驟A中，對所述多個無氧銅部件進行燒氫退火處理，以去除其表面的氧化膜。
9.根據(jù)權利要求8所述的無氧銅復合焊接方法，其特征在于，所述燒氫退火處理的溫度介于500?700°C之間，保溫時間介于30?60min之間。
10.根據(jù)權利要求9所述的無氧銅復合焊接方法，其特征在于，所述對多個無氧銅部件進行燒氫退火處理的步驟之前還包括: 將無氧銅部件浸在丙酮溶液中超聲波清洗20?60min。
【文檔編號】B23K31/02GK103817451SQ201410091550
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權日:2014年3月13日
【發(fā)明者】王國建, 李海濤 申請人:中國科學院電子學研究所