[发明专利]陶瓷和铝或铝合金的连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种连接陶瓷和铝或铝合金的方法。

背景技术

陶瓷具有耐磨、耐蚀、耐高温等独特的性能，是一种重要的工程材料。此外， 陶瓷还具有良好的导热和绝缘性能，也是一种良好的电子封装材料。然而，由于陶 瓷比较脆、机械加工困难、导电性能差或者不导电，在许多场合往往需要将其和金 属连接制作复合材料或者复合结构件。另一方面，铝也是一种重要的工程材料和导 电材料，是一种目前仅次于钢铁，应用最为广泛的金属材料。因此，铝和陶瓷的连 接具有重大的使用价值。

有关陶瓷和铝的连接方法已经开展了许多研究，先后开发了真空钎焊法、固相 连接法、摩擦焊接法、高真空清洁压接法、超声波振动压接法、铸接法等连接方法。 其中真空钎焊法是在陶瓷和铝之间放入低熔点的铝合金作为焊料，然后在氮气等惰 性气体气氛、或氢气等还原性气体气氛中，或者在10^-3Pa以上的高真空中加热使铝 合金焊料熔化，将陶瓷和铝焊接在一起。固相连接法与钎焊法基本相同，不同之处 在于：加热温度较低，焊接过程中没有液体产生；需要施加足够大的压力，以使铝 和陶瓷连接面相接触。采用这些方法虽然能够将铝和陶瓷连接，但是由于铝的化学 性质非常活泼，其与氧的平衡分压在1000℃以下的温度范围内小于10^-40Pa，铝的 表面总是存在着氧化膜，铝和陶瓷的润湿性较差，连接界面存在着大量的未连接缺 陷，连接体的力学性能变动大[X.S.Ning，T.Okamoto，Y.Miyamoto，A.Koreeda， K.Suganuma，and S.Goda，Bond strength and interfacial structure of silicon nitride joints brazed with aluminium-silicon and aluminium-magnesium alloys， Journal of Materials Science，26卷(1991年)2050-2054页；E.Saiz；A.P. Tomsia；K.Sugamuma，Wett ing and strength i ssues at Al/α-alumina interfaces，Journal of European Ceramic Society，23卷(2003年)2787-2796 页]，影响其实际应用。

为了消除氧化膜的影响，人们先后发明了摩擦压接法、超声波振动压接法、超 高真空清洁压接法以及铸接法。其中摩擦压接法是将陶瓷和铝加压接触后使它们相 互摩擦以除去铝表面的氧化膜，然后利用摩擦产生的热使得陶瓷和铝压接在一起； 超声波振动法的基本原理与摩擦压接法相同，不同之处在于摩擦是由超声波振动产 生的；超高真空清洁压接法是先在真空中用离子轰击的方法除去铝表面的氧化膜， 然后在10^-6Pa以上的超高真空中，把铝和陶瓷压接在一起；铸接法是通过将陶瓷插 入铝液中运动以除去铝表面的氧化膜，然后使部分铝液铸造连接在陶瓷上，实现陶 瓷和金属的连接。虽然这些方法或多或少地可以除去铝表面的氧化膜，改善陶瓷和 铝的连接界面的性能，但是它们也存在许多缺点和不足。例如摩擦压接法、超声波 压接法以及高真空清洁压接法需要施加很大的压力，因此对金属或者陶瓷的形状有 限制，并且连接后的尺寸精度也很难保证；而铸接法本质是铸造方法，一方面金属 内部容易出现铸造缺陷，另一方面其形状及表面精度也受到制约。

发明内容

为了解决铝表面原生氧化膜妨碍铝和陶瓷连接，造成连接体性能差的问题，发 明人进行了大量的研究。最终发现采用将陶瓷浸入铝合金熔液中移动以除去铝表面 的原生氧化膜，然后将其移出，冷却，使陶瓷表面粘附的铝合金液膜凝固，在陶瓷 表面形成粘结牢固的铝合金膜；然后再用该铝合金膜作为焊料进行钎焊，可以将陶 瓷与铝或者铝合金牢固地连接在一起，从而完成了本发明。即：

本发明的目的是提供一种连接陶瓷和铝或铝合金的方法。

本发明所提供的连接陶瓷和铝或铝合金的方法，包括如下步骤：1)使陶瓷的 连接面形成厚度为数微米～数十微米的致密的铝合金1的薄膜；2)以所述薄膜为焊 料，在真空、惰性气体或还原性气体气氛中，将所述陶瓷与铝或铝合金2钎焊在一 起。为了防止铝或铝合金2熔化变形，控制钎焊温度高于铝合金1的熔化温度，且 低于铝或者铝合金2的熔点或熔化温度。