一種藍(lán)寶石低溫焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種藍(lán)寶石低溫焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)寶石作為優(yōu)良的光學(xué)窗口材料在航空航天、電子以及光學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而藍(lán)寶石屬單晶結(jié)構(gòu)，無法采用生長方法制備形狀復(fù)雜的實際應(yīng)用構(gòu)件，因此開發(fā)相適應(yīng)的連接技術(shù)對于推進(jìn)藍(lán)寶石在各種高技術(shù)領(lǐng)域的實際應(yīng)用具有重要作用；
[0003]釬焊是藍(lán)寶石的傳統(tǒng)連接方法，采用活性高溫釬料，如AgCuT1、CuTi等，可以實現(xiàn)藍(lán)寶石的連接，制備復(fù)雜的藍(lán)寶石構(gòu)件，然而焊接溫度較高，大部分高于800°C，由于高溫導(dǎo)致藍(lán)寶石構(gòu)件的變形較大，在連接過程中容易導(dǎo)致局部應(yīng)力集中造成構(gòu)件連接失敗。
[0004]—些研究人員采用膠結(jié)的方式連接藍(lán)寶石，由于溫度較低，一般150°C以下，因此可以很好地滿足復(fù)雜藍(lán)寶石構(gòu)件的成型要求，但是膠結(jié)方式的連接接頭的主要成分是高分子聚合物材料，該類材料在高溫環(huán)境下易出現(xiàn)接頭老化現(xiàn)象，從而影響了連接件的壽命，這對于高技術(shù)、長時間服役構(gòu)件是不能允許的，另外膠結(jié)的強(qiáng)度也不高，因此，開發(fā)藍(lán)寶石構(gòu)件的新型低溫連接方法是必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決現(xiàn)有藍(lán)寶石焊接技術(shù)中焊接溫度高，進(jìn)而導(dǎo)致焊接后的藍(lán)寶石構(gòu)件接頭會產(chǎn)生局部應(yīng)力集中易造成構(gòu)件連接失敗的問題，以及現(xiàn)有低溫膠結(jié)的方法接頭強(qiáng)度低、接頭易老化的問題，提出了一種新型低溫連接藍(lán)寶石構(gòu)件的方法。
[0006]本發(fā)明藍(lán)寶石低溫焊接方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0007]一、按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取 40 % ?50 % 的 Bi203、20 % ?40 % 的 B203、5 % ?20 % 的 BaO、2%~ 10% 的 ZnO 和 0.1%~ 2% 的 Si02，將 Bi203、B203、Ba0、Zn0 和 Si02混合后即得到玻璃釬料；
[0008]二、取兩塊藍(lán)寶石，將藍(lán)寶石待焊接面用金剛石磨床磨拋至Ra為0.2 μπι?
0.8 μ m，然后用丙酮清洗磨拋后的藍(lán)寶石待焊接面并烘干；所述的藍(lán)寶石主要成分為單晶0-八1203，純度為99.9% ；
[0009]三、按體積比為1.5?2:1稱取粘結(jié)劑與步驟一得到的玻璃釬料并混合，然后涂覆在步驟二處理得到的兩塊待焊藍(lán)寶石磨拋后的待焊接面上，即得到帶有涂覆層的藍(lán)寶石；
[0010]所述的涂覆層的厚度為100 μπι?500 μπι ;所述的粘接劑按質(zhì)量百分比由1%的丙三醇、4%的蒸餾水和95%的羥乙基纖維素混合制成；
[0011]四、將步驟三中得到的兩塊帶有涂覆層的藍(lán)寶石的涂覆層面對向接觸放置，并用卡具固定，得到待焊連接件；
[0012]五、將經(jīng)步驟四得到的待焊連接件放入真空釬焊爐中，以10°C /min升溫至200°C并保溫lOmin?30min，再以10°C /min的速度升溫至450°C?500°C并保溫5min?35min，最后以4°C /min?8°C /min的速度降溫至室溫，得到焊接后的藍(lán)寶石構(gòu)件。
[0013]本發(fā)明包含以下有益效果:
[0014]1、本發(fā)明方法實現(xiàn)了較低的溫度下對藍(lán)寶石進(jìn)行連接，所采用的玻璃釬料具有較低的熔點，低于500°C，因此不會出現(xiàn)局部應(yīng)力集中造成構(gòu)件連接失敗；并且采用本發(fā)明方法得到的焊接接頭的剪切強(qiáng)度可達(dá)到31MPa，遠(yuǎn)高于低溫膠結(jié)的強(qiáng)度，在藍(lán)寶石低溫焊接領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到領(lǐng)先水平，保證了連接的可靠性；
[0015]2、同時本發(fā)明中所用釬料為無機(jī)成分，與聚合物膠結(jié)方法相比較接頭并不存在高溫易老化的情況。
[0016]3、本發(fā)明方法尤其適合于大尺寸復(fù)雜框架結(jié)構(gòu)，并且本發(fā)明所用焊接方法處理后的藍(lán)寶石構(gòu)件在航空航天、光學(xué)及電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明技術(shù)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】間的任意合理組合。
[0018]【具體實施方式】一:本實施方式一種藍(lán)寶石低溫焊接方法按以下步驟進(jìn)行:
[0019]一、按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取 40 % ?50 % 的 Bi203、20 % ?40 % 的 B203、5 % ?20 % 的 BaO、2%~ 10% 的 ZnO 和 0.1%~ 2% 的 Si02，將 Bi203、B203、Ba0、Zn0 和 Si02混合后即得到玻璃釬料；
[0020]二、取兩塊藍(lán)寶石，將藍(lán)寶石待焊接面用金剛石磨床磨拋至Ra為0.2 μπι?
0.8 μm，然后用丙酮清洗磨拋后的藍(lán)寶石待焊接面并烘干；
[0021 ] 三、按體積比為1.5?2:1稱取粘結(jié)劑與步驟一得到的玻璃釬料并混合，然后涂覆在步驟二處理得到的兩塊待焊藍(lán)寶石磨拋后的待焊接面上，即得到帶有涂覆層的藍(lán)寶石；所述的粘接劑按質(zhì)量百分比由1%的丙三醇、4%的蒸餾水和95%的羥乙基纖維素混合制成；
[0022]四、將步驟三中得到的兩塊帶有涂覆層的藍(lán)寶石的涂覆層面對向接觸放置，并用卡具固定，得到待焊連接件；
[0023]五、將經(jīng)步驟四得到的待焊連接件放入真空釬焊爐中，以10°C /min升溫至200°C并保溫lOmin?30min，再以10°C /min的速度升溫至450°C?500°C并保溫5min?35min，最后以4°C /min?8°C /min的速度降溫至室溫，得到焊接后的藍(lán)寶石構(gòu)件。
[0024]本實施方式實現(xiàn)了較低的溫度下對藍(lán)寶石進(jìn)行連接，所采用的玻璃釬料具有較低的熔點，低于500°C，因此不會出現(xiàn)局部應(yīng)力集中造成構(gòu)件連接失?。徊⑶也捎帽緦嵤┓绞椒椒ǖ玫降暮附咏宇^的剪切強(qiáng)度可達(dá)到31MPa，遠(yuǎn)高于低溫膠結(jié)的強(qiáng)度，在藍(lán)寶石低溫焊接領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到領(lǐng)先水平，保證了連接的可靠性；
[0025]2、同時本實施方式中所用釬料為無機(jī)成分，與聚合物膠結(jié)方法相比較接頭并不存在尚溫易老化的情況。
[0026]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取 50% 的 Bi203、30% 的 B203、10% 的 Ba0、8% 的 ZnO 和 2% 的 Si02，將 Bi203、B203、Ba0、Zn0和Si02混合后即得到玻璃釬料。其它步驟與參數(shù)與【具體實施方式】一相同。
[0027]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟二中所述的藍(lán)寶石主要成分為單晶α_Α1203，純度為99.9%。其它步驟與參數(shù)與【具體實施方式】一或二相同。
[0028]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一或三不同的是:步驟三中按體積比為1.5:1稱取粘結(jié)劑與步驟一得到的玻璃釬料。其它步驟與參數(shù)與【具體實施方式】一或三相同。
[0029]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一或四不同的是:步驟三中所述的涂覆層的厚度為100 μπι?500 μπι。其它步驟與參數(shù)與【具體實施方式】一或四相同。
[0030]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一或五不同的是:步驟五中將經(jīng)步驟四得到的待焊連接件放入真空釬焊爐中，以10°C /min升溫至200°C并保溫lOmin?30min，再以10 °C /min的速度