一種高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料釬焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料釬焊方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高體積分?jǐn)?shù)（55%~70% )碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料（SiCp/Al)因其具有 接近于玻璃的低膨脹系數(shù)和接近于金剛石的高硬度，在電子封裝和航空航天關(guān)鍵零部件中 有其獨特的用處。例如，對當(dāng)今我國國防急需發(fā)展的大型相控雷達等核心軍事裝備來說， 其雷達核心的T/R信號發(fā)射與接收芯片大功率模塊的需求量急劇膨脹，T/R模塊盒體具有 苛刻的強度（彡IOOMPa)和密封性KT 8Pa · m3/s)指標(biāo)要求，長期使用的是可伐合金 (Fe-Ni-Co)以及W/Cu、Mo/Cu等傳統(tǒng)的封裝材料，比重大、熱膨脹系數(shù)與封裝芯片的陶瓷基 體不匹配，遠不能適應(yīng)航空航天飛行器結(jié)構(gòu)高輕量化的設(shè)計要求。而高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al 復(fù)合材料是一種理想的替代材料，它比重是可伐合金的1/3,膨脹系數(shù)與封裝芯片的陶瓷基 體相接近，而且導(dǎo)熱性比可伐合金高10倍。但是由于SiC顆粒屬于陶瓷相，其引入使得焊 接工藝過程變得相當(dāng)困難。釬焊時需同時考慮基體Al和增強相SiC顆粒的可焊性，接頭強 度和密封性要求難以保證。
[0003] 研宄發(fā)現(xiàn)，接頭界面處SiC顆粒比分的增加將導(dǎo)致接頭強度降低。這是因為在釬 焊過程中，釬焊連接表面的SiC顆粒增多，造成了連接表面的熔融的鋁基體、釬料之間的潤 濕性較差，導(dǎo)致形成弱連接，最終導(dǎo)整個釬焊接頭的強度降低。專利CN102658411A中采用 超聲波輔助釬焊的方法，對SiC顆粒處引入超聲活化并得到了性能優(yōu)良的接頭。但是該方 法增加了一套超聲設(shè)備且當(dāng)接頭形狀復(fù)雜時影響超聲波的引入。專利201410354283X中研 制了 Al-Si-Cu-Zn-Ti五元箔狀釬料，該釬料因含有活性元素 Ti因而可以可SiC顆粒反應(yīng) 而提尚材料的焊接性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種實現(xiàn)高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料高強 度、高致密釬焊連接的高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料釬焊方法，解決高體積分 數(shù)SiCp/Al復(fù)合材料釬焊難，釬料與SiC顆粒增強相結(jié)合能力差的問題，要求接頭抗剪強度 達到IOOMPa以上，焊縫氣密性達到KT 8Pa · m3/s以上。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強鋁基 復(fù)合材料釬焊方法，包括以下步驟：
[0006] 1)將SiCp/Al復(fù)合材料待焊表面進行預(yù)處理；
[0007] 2)將SiCp/Al復(fù)合材料的預(yù)處理表面進行化學(xué)鍍鎳；
[0008] 具體過程如下：將SiCp/Al復(fù)合材料的預(yù)處理表面在質(zhì)量濃度為20 %~40%的 硫酸中酸洗進行表面活化，然后再放入鍍液中進行化學(xué)鍍鎳，得到表面化學(xué)鍍鎳的SiCp/Al 復(fù)合材料；其中，
[0009] 所述鍍液的配比為硫酸鎳14~18g，次亞磷酸鈉10~14g，檸檬酸鈉16~20g，氯 化銨28~32g，加蒸餾水使溶液至600ml ;
[0010] 3)將表面化學(xué)鍍鎳的SiCp/Al復(fù)合材料裝配Al-5Si-24Cu-l. 5Zn-lTi五元釬料， 并置于真空釬焊爐中進行釬焊，即完成高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料的釬焊連 接。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是：
[0012] 本發(fā)明采用Al-5Si-24Cu-l. 5Zn-lTi五元釬料（為專利201410354283X中的 Al-5Si-24Cu-l. 5Zn-lTi五元釬料），釬料中的活性元素 Ti通過Ni層可與SiCP/Al復(fù)合 材料中的SiC陶瓷顆粒發(fā)生冶金反應(yīng)，并形成致密的釬焊連接和成型良好的焊縫。本發(fā) 明獲得的SiCp/Al復(fù)合材料真空釬焊接頭可實現(xiàn)接頭抗剪強度達到lOOMPa、密封性達到 KT8Pa · m3/s的性能指標(biāo)，可廣泛應(yīng)用于雷達T/R模塊盒體等構(gòu)件的生產(chǎn)。
[0013] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。
[0014] 進一步，在步驟1)中，所述將SiCp/Al復(fù)合材料待焊表面進行預(yù)處理的具體步驟 如下：將SiCp/Al復(fù)合材料待焊表面使用銼刀或鋼絲刷機械打磨平整，并在丙酮中超聲清 洗30min，取出風(fēng)干。
[0015] 進一步，在步驟2)中，所述酸洗的時間為5~lOmin。
[0016] 進一步，在步驟2)中，所述進行化學(xué)鍍鎳的工藝條件如下：溫度為70~80°C，并 在恒溫水浴鍋中保持，PH為8~9,化學(xué)鍍鎳30~90min。
[0017] 進一步，化學(xué)鍍鎳過程中使用氨水調(diào)節(jié)PH值，使其PH保持在8~9。
[0018] 進一步，化學(xué)鍍鎳后的鍍層厚度為3~8 μπι。
[0019] 進一步，在步驟3)中，所述進行釬焊的工藝條件如下：釬焊溫度為560~580°C， 保溫時間為5~40min。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明釬焊接頭典型電鏡照片圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明化學(xué)鍍鎳示意圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明待焊表面化學(xué)鍍鎳后電鏡照片圖；
[0023] 圖4為本發(fā)明釬焊接頭力學(xué)性能照片圖。
【具體實施方式】
[0024] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0025] 一種高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料釬焊方法，包括以下步驟：步驟一： 對SiCp/Al復(fù)合材料待焊表面進行預(yù)處理：SiCp/Al復(fù)合材料表面使用銼刀或鋼絲刷打磨， 去除表面氧化膜并使表面平整，并在丙酮中超聲清洗30min，取出風(fēng)干；
[0026] 步驟二：SiCp/Al復(fù)合材料預(yù)處理表面化學(xué)鍍鎳層：如圖2所示，首先在質(zhì)量濃度 為20 %~40 %硫酸中酸洗5~IOmin進行表面活化，然后至于鍍液中進行化學(xué)鍍鎳，化學(xué) 鍍過程中溫度保持在70~80°C，并在恒溫水浴鍋中保持，使用氨水調(diào)節(jié)PH值，PH保持在 8~9,化學(xué)鍍時間為30~90min，鍍層厚度為3~8 μπι ;所述鍍液的配比為硫酸鎳14~ 18g，次亞磷酸鈉10~14g，梓檬酸鈉16~20g，氯化按28~32g，加蒸餾水使溶液至600ml ;
[0027] 步驟三：真空釬焊：將表面化學(xué)鍍鎳后的SiCp/Al復(fù)合材料裝配 Al-5Si-24Cu-l. 5Zn-lTi五元活性釬料，并置于真空釬焊爐中進行真空釬焊，設(shè)置釬焊工藝 參數(shù)釬焊溫度560~580°C°C，保溫時間5~40min，完成高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強鋁基 復(fù)合材料高強度和高密封性釬焊連接。
[0028] 圖1為釬焊接頭典型電鏡照片圖，從圖1中看出，SiCp/Al復(fù)合材料釬焊界面成型 較好，釬料穿越鎳層同時與鋁基體和SiC陶瓷顆粒發(fā)生反應(yīng)，形成了致密的釬焊連接。
[0029] 圖3為待焊表面化學(xué)鍍鎳后電鏡照片圖，從圖3中看出，該參數(shù)下鎳層厚度為5 μ m 左右，且均勻覆于SiCp/Al復(fù)合材料表面。
[0030] 圖4為釬焊接頭力學(xué)性能照片圖，從圖4中看出，所得的SiCp/Al復(fù)合材料釬焊接 頭抗剪強度較高且可選擇的工藝參數(shù)區(qū)間較廣，說明該工藝方法的釬焊適應(yīng)性較好。
[0031] 以下通過幾個具體的實施例以對本發(fā)明進行具體的說明。
[0032] 實施例1
[0033] 本實施方式所述的SiCP/Al復(fù)合材料中陶瓷顆粒相SiC顆粒的體積分?jǐn)?shù)為65%。
[0034] 本實施方式高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料釬焊方法，按以下步驟進 行：
[0035] -、對SiCp/Al復(fù)合材料待焊表面進行預(yù)處理：SiCp/Al復(fù)合材料表面使用鋼絲刷 打磨平整，去除表面氧化膜，并在丙酮中超聲清洗30min，去除表面油污，取出晾干；
[0036] 二、SiCp/Al復(fù)合材料預(yù)處理表面化學(xué)鍍鎳層：首先在質(zhì)量濃度為30 %硫酸中酸 洗5min進行表面活化，然后置于鍍液中進行化學(xué)鍍鎳，鍍液配比為硫酸鎳16g，次亞磷酸鈉 12g，檸檬酸鈉18g，氯化銨30g，加蒸餾水使溶液至600ml?；瘜W(xué)鍍過程中溫度保持在75°C， PH保持在8. 5~9,化學(xué)鍍時間為60min ;
[0037] 三、真空釬焊：將表面化學(xué)鍍鎳后的SiCp/Al復(fù)合材料裝配 Al-5Si-24Cu-l. 5Zn-lTi五元活性釬料，并置于真空釬焊爐中進行真空釬焊，設(shè)置釬焊工藝 參數(shù)為釬焊溫度570°C，保溫時間lOmin，完成高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料的 釬焊連接過程。
[0038] 本實施方式所述的待焊SiCP/Al復(fù)合材料表面鍍層厚度為5~7 μ m。
[0039] 實施例2
[0040] 本實施方式所述的SiCP/Al復(fù)合材料中陶瓷顆粒相SiC顆粒的體積分?jǐn)?shù)為65%。
[0041] 本實施方式高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料釬焊方法，按以下步驟進 行：
[0042] -、對SiCp/Al復(fù)合材料待焊表面進行預(yù)處理：SiCp/Al復(fù)合材料表面使用鋼絲刷 打磨平整，去除表面氧化膜，并在丙酮中超聲清洗30min，去除表面油污，取出晾干；
[0043] 二、SiCp/Al復(fù)合材料預(yù)處理表面化學(xué)鍍鎳層：首先在質(zhì)量濃度為20 %硫酸中酸 洗IOmin進行表面活化，然后置于鍍液中進行化學(xué)鍍鎳，鍍液配比為硫酸鎳14g，次亞磷酸 鈉 l〇g，檸檬酸鈉16g，氯化銨28g，加蒸餾水使溶液至600ml?；瘜W(xué)鍍過程中溫度保持在 70°C，PH保持在8,化學(xué)鍍時間為90min ;
[0044] 三、真空釬焊：將表面化學(xué)鍍鎳后的SiCp/Al復(fù)合材料裝配 Al-5Si-24Cu-l. 5Zn-lTi五元活性釬料，并置于真空釬焊爐中進行真空釬焊，設(shè)置釬焊工藝 參數(shù)為釬焊溫度565°C，保溫時間5min，完成高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料的 釬焊連接過程。
[0045] 本實施方式所述的待焊SiCP/Al復(fù)合材料表面鍍層厚度為3 μ m。
[0046] 實施例3
[0047] 本實施方式所述的SiCP/Al復(fù)合材料中陶瓷顆粒相SiC顆粒的體積分?jǐn)?shù)為65%。
[0048] 本實施方式高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料釬焊方法，按以下步驟進 行：
[0049] -、對SiCp/Al復(fù)合材料待焊表面進行預(yù)處理：SiCp/Al復(fù)合材料表面使用鋼絲刷 打磨平整，去除表面氧化膜，并在丙酮中超聲清洗30min，去除表面油污，取出晾干；
[0050] 二、SiCp/Al復(fù)合材料預(yù)處理表面化學(xué)鍍鎳層：首先在質(zhì)量濃度為40 %硫酸中酸 洗IOmin進行表面活化，然后置于鍍液中進行化學(xué)鍍鎳，鍍液配比為硫酸鎳18g，次亞磷酸 鈉14g，檸檬酸鈉20g，氯化銨32g，加蒸餾水使溶液至600ml?；瘜W(xué)鍍過程中溫度保持在 80°C，PH保持在9,化學(xué)鍍時間為90min ;
[0051] 三、真空釬焊：將表面化學(xué)鍍鎳后的SiCp/Al復(fù)合材料裝配 Al-5Si-24Cu-l. 5Zn-lTi五元活性釬料，并置于真空釬焊爐中進行真空釬焊，設(shè)置釬焊工藝 參數(shù)為釬焊溫度565°C，保溫時間30min，完成高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強鋁基復(fù)合材料的 釬焊連接過程。
[0052] 本實施方式所述的待焊SiCP/Al復(fù)合材料表面鍍層厚度為7 μ m。
[0053] 實施例4
[0054] 本實施方式所述的SiC