一種用于金屬與玻璃連接的材料預處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于金屬與玻璃連接的材料預處理方法。處理的關(guān)鍵在于材料處理圖形的設(shè)計，采用不同直徑實點層層嵌套的方式配合激光自動識別的特點，達到激光由外向內(nèi)作用逐漸加強的目的，從而加工出縱截面為弧形的凹坑，增加基板與玻璃的表面積。毛化處理前需對材料表面去除雜物，加工過程中需要進行氣體保護，處理完成后需要進行打磨和清洗后處理。本發(fā)明針對于玻璃與金屬的釬料焊接，通過毛化促使釬料與玻璃及金屬實現(xiàn)更為緊密的結(jié)合，從而達到高強度、高密封性封接的效果。
【專利說明】一種用于金屬與玻璃連接的材料預處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及異種焊接領(lǐng)域，具體為金屬與玻璃的焊接，尤其適用于可伐合金與高硼硅玻璃的焊接前預處理。
【背景技術(shù)】:
[0002]太陽能中的真空集熱管、航天工程中用到的繼電器等器件中均采用了玻璃與金屬的封接，而封接強度以及氣密性將影響器件的真空度，進而對其性能以及壽命帶來影響。對太陽能發(fā)電技術(shù)來說，真空集熱管的壽命成為影響該技術(shù)使用的關(guān)鍵因素。
[0003]傳統(tǒng)的金屬-玻璃封接件主要用于小尺寸電子器件，封接方法大致分為兩類:真空環(huán)境下的擴散連接以及采用加熱手段的熔封技術(shù)。擴散連接通過對連接材料持續(xù)加熱加壓，使兩者連接表面相互靠近，局部發(fā)生塑性變形，結(jié)合層原子間相互擴散進而形成可靠整體的連接；熔封技術(shù)則是通過加熱使玻璃達到軟化溫度以上，進而依靠玻璃的流動性以及進給力的作用使兩者連接。近幾年來隨著激光技術(shù)的發(fā)展興起了采用激光進行玻璃與金屬焊接的技術(shù)，同時也有人提出在金屬與玻璃之間添加釬料實現(xiàn)焊接。
[0004]用于金屬-玻璃焊接的激光焊接技術(shù)與傳統(tǒng)的擴散連接和熔封技術(shù)相同，若要獲得良好的封接效果，均需要對玻璃和金屬進行表面處理，常用的手段是將玻璃表面金屬化和將金屬或合金表面做預氧化處理。工業(yè)中常采用生成金屬表面氧化物的方式實現(xiàn)金屬與玻璃的連接，然而，金屬氧化物的成分以及厚度難以控制，將極大影響封接效果。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0005]本發(fā)明的目的基于金屬氧化物的成分以及厚度難以控制的缺點，結(jié)合添加釬料焊接的方式提出一種焊接前金屬與玻璃的預處理方式。該方法通過材料表面毛化用于金屬與玻璃的釬料焊接，毛化的過程通過光纖激光在合金基底以及玻璃表面的相互作用實現(xiàn)。與傳統(tǒng)預處理工藝相比，該方法設(shè)備簡單，可操作性強，可大大增加釬料與金屬以及玻璃的接觸面積，得到比傳統(tǒng)封接工藝更好的封裝效果。
[0006]1.一種用于金屬與玻璃連接的材料預處理方法，其步驟包括:
[0007](1)利用圖形設(shè)計軟件進行毛化點陣列的設(shè)計，設(shè)計毛化點直徑為0.1-0.5mm,間隔 0.2-0.5mm ；
[0008](2)在燒杯中加入無水乙醇，將合金基底放入燒杯；用超聲波清洗儀清洗，吹干待用，確?；妆砻鏌o雜物；將玻璃采用同樣的方式進行清洗；
[0009](3)將(2)中去除表面雜物的基底擺放在實驗平臺上，調(diào)整實驗平臺高度，使基底表面處于激光束的焦點上；
[0010](4)打開氣體保護裝置，通入保護氣體，防止合金基底的氧化；
[0011](5)打開激光器與控制軟件，導入(1)中繪制好的毛化點數(shù)據(jù)圖，調(diào)試激光功率為12-20W、掃描速度為10-500mm/s可調(diào)，激光頻率25KHz，開啟激光，在金屬基底表面進行毛化，得到表面未被氧化的微型凹坑。[0012](6)將(2)中清洗的玻璃采用背面刻蝕的方式進行毛化。
[0013]2.進一步，毛化點的設(shè)計采用CorelDraw，首先繪制不同半徑的圓，并填充為實點，然后將所有點的中心坐標置于同一處并組合，要求最大點的直徑為所要求的毛化點的直徑。
[0014]3.進一步，毛化前通入的保護氣體為氬氣。
[0015]4.進一步，毛化后的合金用砂紙磨掉表面突起，毛化后的玻璃先采用鹽酸進行清洗，然后再采用超聲波清洗，去除玻璃殘渣。
[0016]該方法適用于金屬與玻璃的釬料焊接工藝。 [0017]所述的合金基底為可伐合金(含鎳29%，鈷17%的硬玻璃鐵基封接合金)。玻璃材料為硼硅3.3玻璃。
[0018]所述的激光器為1064nm的光纖脈沖激光器。采用激光功率為12-20W、掃描速度為10-500mm/s 可調(diào)，頻率為 25KHz。
[0019]所述的微型凹坑截面形狀呈現(xiàn)弧形，增大比表面積。
[0020]本發(fā)明的特點:
[0021]1.設(shè)備簡單，易操作，易實現(xiàn)，改變了原有制備氧化層實現(xiàn)連接的復雜工藝。
[0022]2.通過毛化可以大大增加釬料與合金以及玻璃表面的接觸面積，從而使封接強度以及密封效果得到改善。
[0023]3.毛化的過程采用了氬氣進行保護，從而防止了氧化，以實現(xiàn)釬料與材料表面的
反應(yīng)結(jié)合。
[0024]4.利用了光纖激光對于點的識別特點，將多個點的中心坐標置于同一處，通過層層嵌套以實現(xiàn)從外圍到中心的重復掃描。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0025]圖1:毛化點的設(shè)計示意圖。1-5為直徑不同的實點；6:將1-5五個點的中心坐標移動到同一處后得到的疊加效果。
[0026]圖2:毛化過程的裝置示意圖。1:計算機；2:數(shù)據(jù)連接線；3:激光器；4:發(fā)射激光；5:振鏡；6:平臺與氣體保護裝置；7:運動系統(tǒng)。
[0027]圖3:毛化后的縱截面示意圖之一。
[0028]圖4:毛化后的縱截面示意圖之二。
【具體實施方式】
[0029]首先有必要在此指出的是本實例所使用的圖形設(shè)計尺寸及激光參數(shù)只用于對本發(fā)明進行進一步詳細說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0030]按照圖2所示的加工裝置示意圖連接加工設(shè)備。計算機用數(shù)據(jù)連接線與激光器連接；通過激光器發(fā)射激光經(jīng)由振鏡直接作用于待加工材料；通過運動系統(tǒng)，在基底材料上進行作用。
[0031]實例
[0032]1.采用CorelDraw進行毛化點的設(shè)計,設(shè)計毛化點最大寬度為0.1mm,間隔0.3mm,設(shè)計一定尺寸的毛化點陣列。毛化點的具體設(shè)計方法為:分別繪制直徑為0.02mm，0.04mm，0.06mm, 0.08mm, 0.1Omm的圓，并分別進行填充,將五個繪制好的實點的中心坐標均改為同一點，并實現(xiàn)組合。采用CorelDraw中步長和重復的功能實現(xiàn)50*50點陣列的繪制。
[0033]2.在燒杯中加入無水乙醇，將合金基底放入燒杯。用超聲波清洗儀清洗，并用高壓氣將其吹干，確?；妆砻鏇]有灰塵等污染物；將玻璃采用同樣的方式進行清洗。
[0034]3.將2中去除表面雜物的合金基底擺放在實驗平臺上，調(diào)整實驗平臺高度，使基底表面處于激光束的焦點上，打開氣體保護裝置，通入氬氣5分鐘。
[0035]4.打開激光器與控制軟件，導入I中繪制好的毛化點數(shù)據(jù)圖，調(diào)試激光功率為18W、掃描速度100mm/S、激光頻率為25kh，開啟激光，在金屬基底表面進行毛化。 [0036]5.將毛化后的合金用細砂紙磨掉表面突起。合金基底的表面處理結(jié)束。
[0037]玻璃的表面毛化采用常規(guī)背面刻蝕手段，刻蝕結(jié)束后需要用鹽酸去除表面粘連的金屬或其他雜質(zhì)，再置于蒸餾水中超聲清洗。
【權(quán)利要求】
1.一種用于金屬與玻璃連接的材料預處理方法，其步驟包括: (O利用圖形設(shè)計軟件進行毛化點陣列的設(shè)計，設(shè)計毛化點直徑為0.1-0.5mm,間隔0.2-0.5mm ; (2)在燒杯中加入無水乙醇，將合金基底放入燒杯；用超聲波清洗儀清洗，吹干待用，確?；妆砻鏌o雜物；將玻璃采用同樣的方式進行清洗； (3 )將(2 )中去除表面雜物的基底擺放在實驗平臺上，調(diào)整實驗平臺高度，使基底表面處于激光束的焦點上； (4)打開氣體保護裝置，通入保護氣體，防止合金基底的氧化； (5)打開激光器與控制軟件，導入(I)中繪制好的毛化點數(shù)據(jù)圖，調(diào)試激光功率為12-20W、掃描速度為10-500mm/s可調(diào)，激光頻率25KHz，開啟激光，在金屬基底表面進行毛化，得到表面未被氧化的微型凹坑； (6)將(2)中清洗的玻璃采用背面刻蝕的方式進行毛化。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，毛化點的設(shè)計采用CorelDraw,首先繪制不同半徑的圓，并填充為實點，然后將所有點的中心坐標置于同一處并組合，要求最大點的直徑為所要求的毛化點的直徑。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，毛化前通入的保護氣體為氬氣。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，毛化后的合金用砂紙磨掉表面突起，毛化后的玻璃先采用鹽酸進行清洗，然后再采用超聲波清洗，去除玻璃殘渣。`
5.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法適用于金屬與玻璃的釬料焊接工藝。
【文檔編號】C03C15/00GK103723930SQ201310689911
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】劉富榮, 趙進炎, 陳繼民 申請人:北京工業(yè)大學