專利名稱：一種玻璃與銅或銅合金連接方法
技術領域：
本發明涉及一種連接玻璃與銅或銅合金的軟釬焊連接方法。
背景技術：
玻璃與金屬進行連接己廣泛應用于傳感器的裝配、密封及包裝。與硅壓電傳感器相比，玻璃與金屬連接后制成的壓力傳感器可應用于嚴酷的工作環境。與塑料密封連接器相比，玻璃與金屬連接而成的連接器具有較好的機械強度、耐高溫性和良好的密封性，滿足在航天系統工程和戰略戰術武器系統火工品中對連接器的高精度、高可靠性的要求。玻璃為無機非金屬材料，主要為離子鍵和共價鍵結構，具有非常穩定的電子配對和化學穩定性，與金屬有本質的不同，故在玻璃與金屬的連接上存在較大困難。目前，玻璃與金屬的主要連接方法有釬焊、擴散焊、熔封及陽極鍵合。真空擴散焊接可以獲得金屬與玻璃的連接，但擴散焊工藝成本高且對焊件表面質量要求苛刻，較高的加熱溫度(>700°C)會在焊后接頭中產生較大的殘余應力，使接頭力學性能不高，如專利號200810243068. 7，題目玻璃與金屬真空擴散焊接工藝。真空釬焊可獲得質量較好的封接接頭。但其該方法需要較高的真空度和專門的抗高溫耐熱夾具，工藝復雜且成本較高，如專利號200910234678. 5，題目一種玻璃和金屬真空釬焊工藝。熔封的方法連接玻璃和鐵鎳鈷合金，工藝復雜，接頭密封性不好，難以滿足壓電傳感器中玻璃和金屬連接接頭質量要求，如專利號200820124787. 2，題目一種玻璃-金屬氣密封接件。陽極鍵合的方法可在較高溫度下實現連接硼硅玻璃和金屬的連接，但是鍵合所需的電壓高并要求加工試件的尺寸小，如專利號201210145546. 7，題目基于靜電鍵合的玻璃/硅/玻璃三層結構材料的制備方法。
發明內容
本發明目的是為了解決現有玻璃與金屬的連接方法工藝復雜，連接溫度高和接頭質量低的問題，而提供一種玻璃與銅或銅合金連接方法。本發明玻璃與銅或銅合金連接方法，是通過下列步驟實現—、將打磨后的銅或銅合金放入丙酮中超聲清洗8 15min,然后分別用無水乙醇和去離子水清洗，吹干后放入烘干箱中烘干，得到表面處理后的銅或銅合金；二、打磨后的玻璃基片放入丙酮中超聲清洗8 15min,然后分別用無水乙醇和去離子水清洗，吹干后得到清洗后的玻璃基片，采用離子束轟擊清洗后的玻璃基片3 5min，再在玻璃基片上先用電子束蒸鍍厚度為250 350nm的Cr薄膜，再蒸鍍厚度為700 900nm的Cu薄膜，得到鍍膜后的玻璃基片；三、將低溫釬料放入丙酮中超聲清洗8 15min，然后分別用無水乙醇和去離子水清洗，吹干后得到清洗后的低溫釬料；四、將O. 3 O. 5g的氯化鋅和O. 5 O. 7g的松香與8 12mL的酒精和2 4mL的乙二醇混合均勻，靜置50 85min得到松香氯化鋅基釬劑；五、將步驟一得到的表面處理后的銅或銅合金放在下石墨板上，在表面處理后的
3銅或銅合金上對齊放置清洗后的低溫釬料，然后在清洗后的低溫釬料表面滴上步驟四得到的松香氯化鋅基釬劑，使松香氯化鋅基釬劑均勻覆蓋在低溫釬料表面，再對齊疊放上鍍膜后的玻璃基片，用上石墨板壓在鍍膜后的玻璃基片的上表面，得到組裝好的焊接工件；六、把步驟五得到的組裝好的焊接工件放置在加熱設備中，隨爐加熱升溫至90 110°c，保溫8 12min，然后繼續升溫至135 145°C保溫8 12min后隨爐冷卻，完成玻璃與銅或銅合金的連接；其中步驟一所述的銅合金為黃銅、青銅或白銅；步驟二所述的玻璃基片的材料為硫系玻璃、鹵化物玻璃、硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃或磷酸鹽玻璃；步驟二所述的采用離子束轟擊清洗后的玻璃基片時的離子源離子電壓為90 110V,離子流為2. 5 4A。本發明玻璃與銅或銅合金連接方法采用軟釬焊工藝實現了玻璃與銅及其合金的釬焊連接，焊接溫度在140°C左右，連接溫度較低，節約能耗，焊接過程所使用的夾具簡單，所用的加熱設備為釬焊常規設備，釬焊工藝易行，玻璃與銅及其合金的最大連接面積可達100X30mm2，得到的焊接接頭的剪切強度為32MPa，顯示出良好的接頭質量。本發明主要應用于玻璃與金屬的釬焊。
圖I是具體實施方式
一玻璃與銅或銅合金的釬焊裝配示意圖，I-上石墨板，2-玻璃基片，3-低溫釬料，4-銅或銅合金，5-下石墨板。
具體實施例方式具體實施方式
一(請參考附圖I)本實施方式玻璃與銅或銅合金連接方法按下列步驟實施—、將打磨后的銅或銅合金放入丙酮中超聲清洗8 15min,然后分別用無水乙醇和去離子水清洗，吹干后放入烘干箱中烘干，得到表面處理后的銅或銅合金；二、打磨后的玻璃基片放入丙酮中超聲清洗8 15min,然后分別用無水乙醇和去離子水清洗，吹干后得到清洗后的玻璃基片，采用離子束轟擊清洗后的玻璃基片3 5min，再在玻璃基片上先用電子束蒸鍍厚度為250 350nm的Cr薄膜，再蒸鍍厚度為700 900nm的Cu薄膜，得到鍍膜后的玻璃基片；三、將低溫釬料放入丙酮中超聲清洗8 15min，然后分別用無水乙醇和去離子水清洗，吹干后得到清洗后的低溫釬料；四、將O. 3 O. 5g的氯化鋅和O. 5 O. 7g的松香與8 12mL的酒精和2 4mL的乙二醇混合均勻，靜置50 85min得到松香氯化鋅基釬劑；五、將步驟一得到的表面處理后的銅或銅合金放在下石墨板上，在表面處理后的銅或銅合金上對齊放置清洗后的低溫釬料，然后在清洗后的低溫釬料表面滴上步驟四得到的松香氯化鋅基釬劑，使松香氯化鋅基釬劑均勻覆蓋在低溫釬料表面，再對齊疊放上鍍膜后的玻璃基片，用上石墨板壓在鍍膜后的玻璃基片的上表面，得到組裝好的焊接工件；六、把步驟五得到的組裝好的焊接工件放置在加熱設備中，隨爐加熱升溫至90 110°C，保溫8 12min，然后繼續升溫至135 145°C保溫8 12min后隨爐冷卻，完成玻璃與銅或銅合金的連接；其中步驟一所述的銅合金為黃銅、青銅或白銅；步驟二所述的玻璃基片的材料為硫系玻璃、鹵化物玻璃、硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃或磷酸鹽玻璃；步驟二所述的采用離子束轟擊清洗后的玻璃基片時的離子源離子電壓為90 110V,離子流為2. 5 4A。本實施方式玻璃與銅及銅合金連接方法采用軟釬焊工藝實現了玻璃與銅及其合金的釬焊連接，焊接溫度在135 145°C，連接溫度較低，所使用的銅或銅合金的材料可以為純銅、黃銅、青銅或白銅，玻璃基片的材料可以為硫系玻璃、齒化物玻璃、硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃或磷酸鹽玻璃，玻璃與銅或銅合金的應用范圍廣，釬焊所用的夾具簡單，無需經過復雜加工。本實施方式所采用的松香氯化鋅基釬劑是為了清除熔融釬料和母材表面的氧化膜，并呈薄膜層均勻覆蓋在釬焊金屬表面，有效隔絕空氣，減小表面張力，促進釬料的潤濕和鋪展。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一打磨后的銅或銅合金是用碳化硅水砂紙打磨，打磨過程是依次使用80#砂紙，240#碳化硅水砂紙，400#砂紙,600#砂紙,800#砂紙，1000#砂紙的順序逐級打磨。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
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打磨后的玻璃基片是使用#80碳化硅水砂紙打磨。其它步驟及參數與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟三中的低溫釬料是In-48wt%Sn共晶合金。其它步驟及參數與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟六中的加熱設備是馬弗爐。其它步驟及參數與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是步驟六然后繼續升溫至140°C保溫IOmin后隨爐冷卻.。其它步驟及參數與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七(請參考附圖I)本實施方式玻璃與銅連接方法按下列步驟實施一、將打磨后的純銅放入丙酮中超聲清洗lOmin，然后分別用無水乙醇和去離子水清洗，吹干后放入烘干箱中烘干，得到表面處理后的純銅；二、打磨后的硫系玻璃基片放入丙酮中超聲清洗lOmin，然后分別用無水乙醇和去離子水清洗，吹干后得到清洗后的玻璃基片，采用離子束轟擊清洗后的玻璃基片3min，再在玻璃基片上先用電子束蒸鍍厚度為300nm的Cr薄膜，再蒸鍍厚度為800nm的Cu薄膜，得到鍍膜后的玻璃基片；三、將低溫釬料In-48wt%Sn共晶合金放入丙酮中超聲清洗IOmin,然后分別用無水乙醇和去離子水清洗，吹干后得到清洗后的低溫釬料；四、將O. 35g的氯化鋅和O. 65g的松香與IOmL的酒精和2. 5mL的乙二醇混合均勻，靜置60min得到松香氯化鋅基釬劑；五、將步驟一得到的表面處理后純銅放在下石墨板上，在表面處理后的純銅上對齊放置清洗后的低溫釬料，然后在清洗后的低溫釬料表面滴上步驟四得到的松香氯化鋅基釬劑，使松香氯化鋅基釬劑均勻覆蓋在低溫釬料表面，再對齊疊放上鍍膜后的玻璃基片，用上石墨板壓在鍍膜后的玻璃基片的上表面，得到組裝好的焊接工件；六、把步驟五得到的組裝好的焊接工件放置在加熱設備中，隨爐加熱升溫至100°c，保溫lOmin，然后繼續升溫至140°C保溫IOmin后隨爐冷卻，完成玻璃與銅的連接；步驟二所述的采用離子束轟擊清洗后的玻璃基片時的離子源離子電壓為100V，離子流為3A。本實施方式玻璃基片尺寸為10 X 10 X 3mm，純銅片的尺寸為IOX IOX 1mm，得到的焊接接頭的剪切強度為32MPa。本實施方式玻璃與銅的連接釬焊裝配示意圖如圖I所示。
權利要求
1.一種玻璃與銅或銅合金連接方法，其特征在于玻璃與銅或銅合金連接方法是通過下列步驟實現 一、將打磨后的銅或銅合金放入丙酮中超聲清洗8 15min，然后分別用無水乙醇和去離子水清洗，吹干后放入烘干箱中烘干，得到表面處理后的銅或銅合金； 二、打磨后的玻璃基片放入丙酮中超聲清洗8 15min,然后分別用無水乙醇和去離子水清洗，吹干后得到清洗后的玻璃基片，采用離子束轟擊清洗后的玻璃基片3 5min，再在玻璃基片上先用電子束蒸鍍厚度為250 350nm的Cr薄膜，再蒸鍍厚度為700 900nm的Cu薄膜，得到鍍膜后的玻璃基片； 三、將低溫釬料放入丙酮中超聲清洗8 15min，然后分別用無水乙醇和去離子水清洗，吹干后得到清洗后的低溫釬料； 四、將0.3 0. 5g的氯化鋅和0. 5 0. 7g的松香與8 12mL的酒精和2 4mL的乙二醇混合均勻，靜置50 85min得到松香氯化鋅基釬劑； 五、將步驟一得到的表面處理后的銅或銅合金放在下石墨板上，在表面處理后的銅或銅合金上對齊放置清洗后的低溫釬料，然后在清洗后的低溫釬料表面滴上步驟四得到的松香氯化鋅基釬劑，使松香氯化鋅基釬劑均勻覆蓋在低溫釬料表面，再對齊疊放上鍍膜后的玻璃基片，用上石墨板壓在鍍膜后的玻璃基片的上表面，得到組裝好的焊接工件； 六、把步驟五得到的組裝好的焊接工件放置在加熱設備中，隨爐加熱升溫至90 110°C，保溫8 12min，然后繼續升溫至135 145°C保溫8 12min后隨爐冷卻，完成玻璃與銅或銅合金的連接； 其中步驟一所述的銅合金為黃銅、青銅或白銅； 步驟二所述的玻璃基片的材料為硫系玻璃、齒化物玻璃、硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃或磷酸鹽玻璃； 步驟二所述的采用離子束轟擊清洗后的玻璃基片時的離子源離子電壓為90 110V，離子流為2. 5 4A。
2.根據權利要求I所述的一種玻璃與銅或銅合金連接方法，其特征在于步驟一打磨后的銅或銅合金是用碳化硅水砂紙打磨，打磨過程是依次使用80#砂紙，240#碳化硅水砂紙，400#砂紙，600#砂紙，800#砂紙，1000#砂紙的順序逐級打磨。
3.根據權利要求I或2所述的一種玻璃與銅或銅合金連接方法，其特征在于步驟二打磨后的玻璃基片是使用#80碳化硅水砂紙打磨。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種玻璃與銅或銅合金連接方法，其特征在于步驟三中的低溫釬料是In-48wt%Sn共晶合金。
5.根據權利要求4所述的一種玻璃與銅或銅合金連接方法，其特征在于步驟六中的加熱設備是馬弗爐。
6.根據權利要求5所述的一種玻璃與銅或銅合金連接方法，其特征在于步驟六然后繼續升溫至140°C保溫IOmin后隨爐冷卻。
全文摘要
一種玻璃與銅或銅合金連接方法，它涉及連接玻璃與銅或銅合金的軟釬焊連接方法，它要解決現有玻璃與金屬的連接方法工藝復雜，連接溫度高和接頭質量低的問題。連接方法一、銅或銅合金放入丙酮中清洗后再用無水乙醇和去離子水清洗，吹干后烘干；二、打磨后的玻璃基片放入丙酮清洗后再用無水乙醇和去離子水清洗，吹干后采用離子束轟擊，在玻璃基片上先蒸鍍Cr薄膜，再蒸鍍Cu薄膜；三、低溫釬料放入丙酮清洗，再用無水乙醇和去離子水清洗，吹干；四、配制松香氯化鋅基釬劑；五、利用石墨板組裝焊接工件；六、焊接工件放入加熱設備釬焊。本發明連接溫度較低，工藝簡單，得到的接頭質量高。本發明應用于玻璃與金屬的釬焊。
文檔編號C03C27/00GK102976635SQ20121054358
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者李卓然, 徐曉龍, 劉睿華, 申忠科, 劉羽 申請人:哈爾濱工業大學