本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種熱等靜壓焊接方法。

背景技術(shù)：

鎢合金是以鎢為基加入其他元素組成的合金。在金屬中，鎢的熔點(diǎn)較高，高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能以及導(dǎo)熱、導(dǎo)電和電子發(fā)射性能都好，比重大，除大量用于制造硬質(zhì)合金和作合金添加劑外，鎢及其合金廣泛用于電子、電光源工業(yè)，也在航天、鑄造、武器等部門中用于制作火箭噴管、壓鑄模具、穿甲彈芯、觸點(diǎn)、發(fā)熱體和隔熱屏等。

現(xiàn)有技術(shù)通常采用熱等靜壓技術(shù)焊接鎢合金，熱等靜壓是在高溫高壓密封容器中，以高壓惰性氣體為介質(zhì)，對(duì)其中的待焊接物施加各向均等靜壓力，形成高致密度坯料的方法。

但是，現(xiàn)有技術(shù)熱等靜壓焊接方法形成的鎢合金質(zhì)量不高、良率也較低，無(wú)法滿足制造生產(chǎn)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問(wèn)題是提出一種熱等靜壓焊接方法，以提高熱等靜壓焊接的質(zhì)量。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種熱等靜壓焊接方法，包括：

提供第一工件和第二工件；

制作模具，所述模具包括用于容納第一工件的第一開孔和用于容納第二工件的第二開孔，所述第一開孔和第二開孔相互連通；

將所述第一工件和第二工件分別放入所述第一開孔和第二開孔；

在所述模具外側(cè)包裹包套；

對(duì)所述包套進(jìn)行熱等靜壓工藝，使所述第一工件和第二工件焊接形成焊接結(jié)構(gòu)；

去除所述包套，取出所述焊接結(jié)構(gòu)。

可選的，所述第一工件和第二工件的材料為鎢合金。

可選的，所述第一工件和第二工件的形狀為圓柱體，在制作模具的步驟中，使所述第一開孔和第二開孔為圓柱形開孔。

可選的，使所述第一開孔的半徑與所述第一工件的半徑相匹配，使所述第二開孔的半徑與所述第二工件的半徑相匹配。

可選的，在制作模具的步驟中，使所述第一開孔和第二開孔的中心相對(duì)齊。

可選的，在制作模具的步驟中，使所述模具為板狀長(zhǎng)方體，具有第一表面和與所述第一表面相對(duì)的第二表面，所述第一開孔開設(shè)于所述第一表面，所述第二開孔開設(shè)于所述第二表面。

可選的，在制作模具的步驟中，所述模具的材料為金屬。

可選的，將所述第一工件和第二工件分別放入所述第一開孔和第二開孔之前，在所述第一開孔和第二開孔側(cè)壁上設(shè)置襯墊物。

可選的，在所述第一開孔和第二開孔側(cè)壁上設(shè)置襯墊物的步驟包括：在所述第一開孔和第二開孔側(cè)壁上涂布隔離層，并使所述隔離層覆蓋所述第一開孔和第二開孔側(cè)壁以及第一開孔和第二開孔側(cè)壁的連接面。

可選的，所述隔離層的材料為氮化硼。

可選的，在所述第一開孔和第二開孔側(cè)壁上設(shè)置襯墊物的步驟包括：在所述第一開孔和第二開孔側(cè)壁上設(shè)置隔離物，使所述隔離物覆蓋述第一開孔和第二開孔的側(cè)壁。

可選的，所述隔離物的材料為陶瓷。

可選的，所述第一開孔和第二開孔為圓柱形開孔，所述隔離物為分別覆蓋于第一開孔和第二開孔側(cè)壁上的環(huán)狀隔離物，所述環(huán)狀隔離物垂直所述圓柱形開口母線方向的截面為環(huán)狀。

可選的，所述第一工件具有第一焊接面和與第一焊接面相對(duì)的第一背面， 所述第二工件具有第二焊接面和與第一焊接面相對(duì)的第二背面，在將所述第一工件和第二工件分別放入所述第一開孔和第二開孔的步驟中，使所述第一焊接面和第二焊接面在所述第一開孔和第二開孔的連通處相接觸。

可選的，在所述模具外側(cè)包裹包套之后，對(duì)所述包套進(jìn)行熱等靜壓工藝之前，還包括：對(duì)所述包套內(nèi)部進(jìn)行脫氣工藝。

可選的，對(duì)所述包套內(nèi)部脫氣的步驟包括：加熱所述包套至溫度達(dá)300℃～400℃后，進(jìn)行保溫步驟，所述加熱及保溫過(guò)程中，持續(xù)抽真空使包套內(nèi)的真空度至少為2×10^-3Pa，所述保溫時(shí)間為2～4小時(shí)。

可選的，對(duì)所述包套進(jìn)行熱等靜壓工藝的步驟包括：熱等靜壓工藝的溫度在750到900度的范圍內(nèi)，環(huán)境壓強(qiáng)在120兆帕以上，保溫保壓時(shí)間在4到6小時(shí)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明在對(duì)第一工件和第二工件進(jìn)行熱等靜壓焊接工藝之前制作模具，所述模具包括用于容納第一工件的第一開孔和用于容納第二工件的第二開孔。之后將所述第一工件和第二工件分別放入所述第一開孔和第二開孔，并在所述模具外側(cè)包裹包套，對(duì)所述包套進(jìn)行熱等靜壓工藝。在熱等靜壓工藝的過(guò)程中，所述第一工件和第二工件的位置被所述模具固定，并且第一工件和第二工件四周被所述模具保護(hù)，使得所述第一工件和第二工件不容易在高壓下被擠壓造成損傷，進(jìn)而提高了第一工件和第二工件焊接形成的焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

進(jìn)一步的，將所述第一工件和第二工件分別放入所述第一開孔和第二開孔之前，在所述第一開孔和第二開孔側(cè)壁上設(shè)置襯墊物，這樣在熱等靜壓焊接之后，便于將所述焊接結(jié)構(gòu)和模具分離。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明熱等靜壓焊接方法一實(shí)施例的流程示意圖；

圖2至圖8是圖1所示熱等靜壓焊接方法各個(gè)步驟的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明熱等靜壓焊接方法另一實(shí)施例的示意圖。

具體實(shí)施方式

如背景技術(shù)所述，采用現(xiàn)有熱等靜壓工藝直接處理兩個(gè)鎢合金待焊接物，焊接形成的產(chǎn)品質(zhì)量較差。

分析現(xiàn)有技術(shù)對(duì)鎢合金待焊接物進(jìn)行熱等靜壓工藝形成的產(chǎn)品質(zhì)量較差的原因：鎢合金比較脆，受壓后易碎，且不容易加工，采用現(xiàn)有熱等靜壓工藝直接處理兩個(gè)鎢合金待焊接物，很容易對(duì)鎢合金待焊接物造成損傷，使焊接形成的產(chǎn)品質(zhì)量較差甚至報(bào)廢。此外，鎢合金常用于精密器件，因此兩種待焊接物的同心度要求也較高，采用現(xiàn)有熱等靜壓技術(shù)對(duì)兩種待焊接物時(shí)，待焊接物可能在較大的壓力下發(fā)生錯(cuò)位，影響待焊接物的同心度，進(jìn)而降低焊接形成的產(chǎn)品質(zhì)量

本發(fā)明在對(duì)第一工件和第二工件進(jìn)行熱等靜壓焊接工藝之前制作模具，所述模具包括用于容納第一工件的第一開孔和用于容納第二工件的第二開孔。之后將所述第一工件和第二工件分別放入所述第一開孔和第二開孔，并在所述模具外側(cè)包裹包套，對(duì)所述包套進(jìn)行熱等靜壓工藝。在熱等靜壓工藝的過(guò)程中，所述第一工件和第二工件的位置被所述模具固定，并且第一工件和第二工件四周被所述模具保護(hù)，使得所述第一工件和第二工件不容易在高壓下被擠壓造成損傷，進(jìn)而提高了第一工件和第二工件焊接形成的焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1所示為本發(fā)明提供熱等靜壓焊接方法一實(shí)施例的流程圖，本發(fā)明熱等靜壓焊接方法大致包括：

步驟S1，提供第一工件和第二工件；

步驟S2，制作模具，所述模具包括用于容納第一工件的第一開孔和用于容納第二工件的第二開孔，所述第一開孔和第二開孔相互連通；

步驟S3，將所述第一工件和第二工件分別放入所述第一開孔和第二開孔；

步驟S4，在所述模具外側(cè)包裹包套；

步驟S5，對(duì)所述包套進(jìn)行熱等靜壓工藝，使所述第一工件和第二工件焊 接形成焊接結(jié)構(gòu)；

步驟S6，去除所述包套，取出所述焊接結(jié)構(gòu)。

下面結(jié)合圖2至圖8所示圖1所示熱等靜壓焊接方法實(shí)施例各個(gè)步驟的示意圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

參考圖2，執(zhí)行步驟S1，提供第一工件100和第二工件101。所述第一工件100和第二工件101用于焊接形成機(jī)械加工的刀具。在將第一工件100和第二工件101焊接形成焊接結(jié)構(gòu)之后，原第一工件100的部分可以用于形成刀具的刀頭，原第二工件101的部分可以用于形成刀具的刀柄。

在本實(shí)施例中，所述第一工件100和第二工件101的材料為鎢合金，鎢合金高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能很好，適合制作車削加工用的刀具。但是本發(fā)明對(duì)所述第一工件100和第二工件101的材料不做限制，在其他實(shí)施例中，所述第一工件100和第二工件101的材料還可以為鋼材料、鋁合金、鈦合金等其他任意金屬或合金材料。

在本實(shí)施例中，所述第一工件100和第二工件101的形狀為圓柱體。但是本發(fā)明對(duì)所述第一工件100和第二工件101的形狀不做限制。

參考圖3和圖4，圖4為圖3中AA`線的剖視圖，執(zhí)行步驟S2，制作模具200，所述模具200包括用于容納第一工件100的第一開孔203和用于容納第二工件101的第二開孔204，所述第一開孔203和第二開孔204相互連通。

具體地，在本實(shí)施例中，在制作模具200的步驟中，使所述模具200為板狀長(zhǎng)方體，具有第一表面201和與所述第一表面201相對(duì)的第二表面202，所述第一開孔203開設(shè)于所述第一表面201，所述第二開孔204開設(shè)于所述第二表面202。所述模具200的形狀為長(zhǎng)方體的好處在于，便于后續(xù)的包套制作，并且在熱等靜壓焊接工藝中對(duì)所述第一工件100和第二工件101提供均勻的壓力，但是本發(fā)明對(duì)所述模具200的形狀不做限制，在他實(shí)施例中，所述模具200的形狀還可以為球體、圓柱體或其他形狀。

結(jié)合參考圖2、圖3和圖4，在本實(shí)施例中，由于所述第一工件100和第二工件101的形狀為圓柱體，使所述第一開孔203和第二開孔204為圓柱形開孔，以便于容納所述第一工件100和第二工件101。

在制作模具200的步驟中，使所述第一開孔203的半徑與所述第一工件100的半徑相匹配，使所述第二開孔204的半徑與所述第二工件101的半徑相匹配，具體地，使所述第一開孔203的半徑略大于所述第一工件100的半徑，使所述第二開孔204的半徑略大于所述第二工件101的半徑。這樣的好處在于，便于將所述第一工件100和第二工件101分別放入所述第一開孔203和第二開孔204，也便于焊接完成后將所述第一工件100和第二工件101從所述第一開孔203和第二開孔204中取出，此外，所述第一開孔203和第二開孔204較所述第一工件100和第二工件101具有一定余量，為后續(xù)在所述第一開孔203和第二開孔204中設(shè)置襯墊物提供空間。

在本實(shí)施例中，在制作模具200的步驟中，使所述第一開孔203和第二開孔204的中心相對(duì)齊。這樣在將所述第一工件100和第二工件101分別放入所述第一開孔203和第二開孔204中后，所述第一工件100和第二工件101的中心相對(duì)齊。在刀具的制作工藝中，通常對(duì)刀頭和刀柄之間的同心度具有較高要求，因此所述第一開孔203和第二開孔204的中心相對(duì)齊，能夠使得第一工件100和第二工件101之間具有較高的同心度，進(jìn)而所述第一工件100和第二工件101制作而成的刀頭和刀柄之間較高的同心度。

在本實(shí)施例中，所述模具200的材料為金屬。金屬具有一定延展性，采用金屬材料的模具200，能夠在后續(xù)進(jìn)行熱等靜壓工藝時(shí)，適當(dāng)?shù)貙毫鬟f給所述第一工件100和第二工件101，使第一工件100和第二工件101良好地焊接在一起。但是本發(fā)明對(duì)所述模具200不做限制，在其他實(shí)施例中，所述模具200的材料還可以為合金或其他材料。

參考圖5、圖6，執(zhí)行步驟S3，將所述第一工件100和第二工件101分別放入所述第一開孔203和第二開孔204。

首先參考圖5，在本實(shí)施例中，將所述第一工件100和第二工件101分別放入所述第一開孔203和第二開孔204之前，在所述第一開孔203和第二開孔204側(cè)壁上設(shè)置襯墊物。

具體地，在本實(shí)施例中，在所述第一開孔203和第二開孔204側(cè)壁上設(shè)置襯墊物的步驟包括：在所述第一開孔203和第二開孔204側(cè)壁上涂布隔離 層205，使所述隔離層205覆蓋所述第一開孔203和第二開孔204側(cè)壁以及第一開孔203和第二開孔204側(cè)壁的連接面(虛線圈中所示)。由于所述模具200的材料為金屬，所述第一工件100和第二工件101的材料為鎢合金，如果將所述第一工件100和第二工件101直接放入所述第一開孔203和第二開孔204中，在后續(xù)熱等靜壓焊接的過(guò)程中，所述第一工件100、第二工件101和所述模具200容易發(fā)生粘連，難以分離。涂布所述隔離層205的作用在于，在熱等靜壓焊接之后，便于將所述焊接結(jié)構(gòu)和模具200分離。

在本實(shí)施例中，所述隔離層205的材料為氮化硼。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)證明，氮化硼材料作為隔離層205，能夠較好隔離所述焊接結(jié)構(gòu)和所述模具200，防止所述焊接結(jié)構(gòu)和所述模具200之間發(fā)生粘連，但是本發(fā)明對(duì)所述隔離層205的材料不做限制，在其他實(shí)施例中，所述隔離層205還可以為能夠防止隔離層205兩側(cè)的金屬或合金相互擴(kuò)散發(fā)生粘連的其他材料。

需要說(shuō)明的是，在其他實(shí)施例中，在所述第一開孔203和第二開孔204側(cè)壁上涂布隔離層205的步驟中，還可以使所述隔離層205僅覆蓋所述第一開孔203和第二開孔204側(cè)壁，本發(fā)明對(duì)此不作限制。

參考圖6，在本實(shí)施例中，所述第一工件100具有第一焊接面103和與第一焊接面103相對(duì)的第一背面(未標(biāo)出)，所述第二工件101具有第二焊接面104和與第一焊接面104相對(duì)的第二背面(未標(biāo)出)，在將所述第一工件100和第二工件101分別放入所述第一開孔203和第二開孔204的步驟中，使所述第一焊接面103和第二焊接面104在所述第一開孔203和第二開孔204的連通處(未標(biāo)出)相接觸。

參考圖7，執(zhí)行步驟S4，在所述模具200外側(cè)包裹包套300。具體地，在本實(shí)施例中，包裹包套300的步驟包括：將裝有第一工件100和第二工件101的模具200放在一底板301上，在所述模具200側(cè)壁包裹側(cè)板303，在所述模具200頂部覆蓋蓋板302，將所述底板301、側(cè)板303和蓋板302焊接在一起，形成密封的包套300，所述包套300將所述模具200包裹。

可選地，所述焊接的方式可以為氬弧焊。

需要說(shuō)明的是，在本實(shí)施例中，在焊接形成所述包套300之前或之后， 從所述包套300上引出脫氣管304，所述脫氣管304連通所述包套300內(nèi)部。具體地，本實(shí)施例中，可以使所述脫氣管304通過(guò)包套300側(cè)壁留有的孔進(jìn)入包套300內(nèi)部。使一抽真空設(shè)備(未示出)與所述脫氣管304相連，用于對(duì)所述包套300抽真空。

參考圖8，執(zhí)行步驟S5，對(duì)所述包套300進(jìn)行熱等靜壓工藝，使所述第一工件100和第二工件101焊接形成焊接結(jié)構(gòu)。

在本實(shí)施例中，對(duì)所述包套300進(jìn)行熱等靜壓工藝，先將所述包套300抽真空，具體地，啟動(dòng)抽真空設(shè)備，使包套300內(nèi)部的氣體從脫氣管304排出。

在本實(shí)施例中，在包套300內(nèi)部的真空度到一定程度，例如真空度達(dá)2×10^-3Pa時(shí)，開始對(duì)包套300進(jìn)行加熱。所述加熱過(guò)程，直至加熱到一定溫度，例如達(dá)300℃～400℃后，進(jìn)行保溫步驟，所述加熱及保溫過(guò)程中，持續(xù)抽真空，保持包套300內(nèi)的真空度至少為2×10^-3Pa。

保溫結(jié)束后，在繼續(xù)保持包套300內(nèi)部真空的狀態(tài)下進(jìn)行閉氣，此時(shí)所述包套的真空度至少為2×10^-3Pa。之后，將閉氣好的包套300放置在熱等靜壓(Hot Isostatic Pressing，HIP)爐中進(jìn)行熱等靜壓工藝。在本實(shí)施例中，閉氣的方法為將脫氣管304封閉，具體地，可以將脫氣管304堵塞，或是將脫氣管304掐斷，并將斷開的后殘留在包套300外部的一端密封，使包套300內(nèi)部形成一個(gè)密閉的真空環(huán)境。

在本實(shí)施例中，該熱等靜壓工藝具體參數(shù)采用溫度在750到900度的范圍，熱等靜壓爐內(nèi)充氬氣或氮?dú)?，保持包?00所在的環(huán)境壓強(qiáng)120Mpa以上并在此溫度和壓強(qiáng)下保溫4～6小時(shí)的條件下，所得鎢合金的焊接結(jié)構(gòu)的硬度、致密度、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的均勻性更好，且廢品率低，制造成本較低。但是本發(fā)明對(duì)熱等靜壓工藝的溫度、環(huán)境壓強(qiáng)、保溫時(shí)間等具體參數(shù)不做限制，可以根據(jù)所述第一工件100和第二工件101自由調(diào)整。

在熱等靜壓工藝過(guò)程中，所述包套300對(duì)所述模具200形成極大的壓力。熱等靜壓工藝的過(guò)程中，所述第一工件100和第二工件101的位置被所述模具200固定，并且第一工件100和第二工件101四周被所述模具保護(hù)，使得 所述第一工件100和第二工件101不容易在高壓下被擠壓造成損傷，進(jìn)而提高了第一工件100和第二工件101焊接形成的焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

此外，在熱等靜壓工藝過(guò)程中，所述第一工件100和第二工件101的位置被所述模具200固定，所述模具200的第一開孔203和第二開孔204的中心相對(duì)齊，所述第一工件100和第二工件101在壓力下不容易發(fā)生錯(cuò)位，能夠使得第一工件100和第二工件101之間具有較高的同心度，進(jìn)而所述第一工件100和第二工件101制作而成的刀頭和刀柄之間較高的同心度。

繼續(xù)參考圖8，執(zhí)行步驟S6，去除所述包套300，取出所述焊接結(jié)構(gòu)。

具體地，在本實(shí)施例中，待熱等靜壓爐冷卻后，將包套300取出，之后拆除包套300取出模具200。本步驟的拆除可以通過(guò)化學(xué)方法或機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)。

取出模具200之后，可以通過(guò)敲擊的方法將所述焊接結(jié)構(gòu)和所述模具200分離。具體地，在本實(shí)施例中，如圖8所示，由于所述第一工件100的尺寸小于第二工件101的尺寸，因此可以將所述模具200的懸空放置，使模具200的第二表面朝向地面，敲擊所述焊接結(jié)構(gòu)中原第一工件100的表面，所述焊接結(jié)構(gòu)即可從所述模具200中脫落。

參考圖9，示出了本發(fā)明熱等靜壓焊接方法另一實(shí)施例的示意圖。本實(shí)施例與上述實(shí)施例大致相同，與上述實(shí)施例的相同之處不再贅述，與上述實(shí)施例的不同之處在于：

在所述第一開孔203和第二開孔204側(cè)壁上設(shè)置襯墊物的步驟包括：在所述第一開孔203和第二開孔204側(cè)壁上設(shè)置隔離物206，使所述隔離物206僅覆蓋述第一開孔203和第二開孔204的側(cè)壁。

具體地，所述第一開孔203和第二開孔204為圓柱形開孔，所述隔離物206為分別覆蓋于第一開孔203和第二開孔204側(cè)壁上的環(huán)狀隔離物，所述環(huán)狀隔離物垂直所述圓柱形開口母線方向的截面為環(huán)狀。所述隔離物206可以包括設(shè)置在所述第一開孔203側(cè)壁上的第一部分206A和設(shè)置在所述第二開孔204側(cè)壁上的第二部分206B，所述第一部分206A和第二部分206B可以分別放置于所述第一開孔203和第二開孔204中，使得放入所述隔離物206的過(guò)程更加方便，但是本發(fā)明對(duì)此不作限制。

需要說(shuō)明的是，在本實(shí)施例中，所述隔離物206的材料為陶瓷，所述隔離物206作為襯墊物的好處在于，對(duì)所述模具200和焊接結(jié)構(gòu)之間的隔離性能更好，并且能夠起到支撐作用，在熱等靜壓工藝之后，所述焊接結(jié)構(gòu)不容易受所述模具200形變的影響，使所述焊接結(jié)構(gòu)更容易取出。

在熱等靜壓工藝之后，如果所述隔離物206的形狀未受影響，可以將所述隔離物206用于下一次熱等靜壓焊接；如果所述陶瓷隔離物206發(fā)生損傷，可以將所述隔離物206敲碎，使得所述模具200和焊接結(jié)構(gòu)之間的空間變大，使所述焊接結(jié)構(gòu)更容易取出。陶瓷的隔離性能較好，但是本發(fā)明對(duì)所述隔離物206的材料不做限制，在其他實(shí)施例中，所述隔離物206的材料還可以為其他有利于防止金屬之間相互擴(kuò)散的材料。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。