一種電磁場輔助玻璃板與金屬板的擴(kuò)散連接裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電磁場輔助玻璃板與金屬板的擴(kuò)散連接裝置及方法，屬于異種材料連接的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]玻璃與金屬的連接在微傳感器與微執(zhí)行器等微電子器件制造過程中具有很重要的作用，陽極鍵合廣泛應(yīng)用于玻璃板與金屬板的連接過程中，但是陽極鍵合工藝要求玻璃板與金屬板層疊在一起放置在兩個平行的電極板中間，施加垂直于連接界面的電場，通過施加電場和溫度場實(shí)現(xiàn)二者的連接。兩個電極板的距離一般在毫米級，這樣可以施加幾百伏的電壓實(shí)現(xiàn)鍵合。如果要將玻璃板與金屬板以相互垂直的方式進(jìn)行連接，就需要增大兩個電極板的間距，電壓也要成比例的增加，這樣理論上就需要數(shù)十萬伏的高壓，同時電極板間距的增大將改變電極板之間的電場分布，進(jìn)而影響連接過程，導(dǎo)致連接失敗。此外，由于某些產(chǎn)品的形狀特征，很難放置于平行的電極板之間，因此需要改變電極板的設(shè)置方式，這必然改變電場的分布，電場方向不在垂直于連接面。由于連接過程中離子是沿電場方向移動的，因此離子無法擴(kuò)散移動至連接面，也無法實(shí)現(xiàn)連接。因此開發(fā)一種新的連接技術(shù)具有很重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在提供一種電磁場輔助玻璃板與金屬板的擴(kuò)散連接裝置及方法，通過施加電磁場與溫度場實(shí)現(xiàn)玻璃板與金屬板的垂直連接，將玻璃板的橫截面同金屬板連接起來，具有穩(wěn)定、可靠和安全的特點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明提供了一種電磁場輔助玻璃板與金屬板的擴(kuò)散連接裝置，包括爐體，其特征在于:所述爐體底部設(shè)有加熱板，第一電極板放置在加熱板上方，所述金屬板水平放置在第一電極板上方，金屬板與第一電極板平行疊放在一起，金屬板與豎直方向放置的玻璃板垂直相交，玻璃板與第二電極板平行疊放在一起，且第二電極板在側(cè)壓頭的壓力作用下與玻璃板緊密接觸，玻璃板上方設(shè)有上壓頭對玻璃板施加垂直向下的軸向壓力；第一電極板和第二電極板與高壓直流電源連接，構(gòu)成閉合回路；在爐體的周圍纏繞線圈，通過低壓直流電源對線圈進(jìn)行供電產(chǎn)生磁場。
[0005]上述裝置中，所述第一電極板和第二電極板分別平行于金屬板和玻璃板并緊密接觸，與玻璃板接觸的第二電極板的高度為2-3 mm，所述第二電極板底部距離金屬板為0.5-1mmD
[0006]本發(fā)明提供了一種電磁場輔助玻璃板與金屬板的擴(kuò)散連接方法，采用上述的擴(kuò)散連接裝置，包括以下步驟:
(1)將玻璃板與金屬板垂直放置，將第一電極板和第二電極板分別與金屬板和玻璃板平行疊放在一起，對第二電極板施加水平方向壓力使其緊密接觸；
(2)通過上壓頭對玻璃板和金屬板施加軸向壓力，使其緊密接觸，加熱爐溫到400-500°C，通過高壓直流電源對金屬板和玻璃板施加強(qiáng)電場，同時通過低壓直流電源和纏繞在爐體周圍的線圈施加平行磁場，連接過程中的工藝參數(shù):高壓電源電壓400-1000V，通電時間l-10min，磁場強(qiáng)度0.5T，軸向壓力0.5-lMPa，側(cè)向壓力0.1-0.3MPa ；
(3)當(dāng)電流值穩(wěn)定時，關(guān)閉高壓直流電源和低壓直流電源，同時關(guān)閉加熱電源，連接后的玻璃板和金屬板隨爐冷卻至室溫。
[0007]上述方法中，所述平行磁場的方向同時平行于金屬板的平面和玻璃板的平面。
[0008]上述方法中，所述第二電極板受到的水平方向壓力為0.1-0.3MPa，所述上壓頭對玻璃板施加的壓力為0.5-lMPa。
[0009]上述方法中，被連接的玻璃板的成分為:2.0-5.0% Na20，1.5-3.6% B203，
3.0-4.5% A1203，1.0-3.0%K20，其余為Si02，被連接金屬板為可伐合金或不銹鋼金屬材料。
[0010]本發(fā)明提供的擴(kuò)散連接方法，將玻璃板與金屬板以相互垂直的方式放置于鍵合爐中，同時對玻璃板和金屬板加熱到一定溫度后施加電場和磁場，在磁場、電場和溫度場的聯(lián)合作用下，玻璃基體中的堿金屬氧化物發(fā)生電離分解，形成Na離子，K離子和0離子，其中各種離子在電場作用下加速移動，在沒有磁場的情況下，0離子將沿電場方向的反方向移動，只有少量的0離子移動至玻璃板與金屬板的連接界面處，如圖2所示。施加磁場后，在磁場的作用下0離子的運(yùn)動軌跡產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，在電場力和磁場力達(dá)到平衡后，0離子將沿垂直于金屬板的方向移動至金屬板和玻璃板的界面處同金屬板反應(yīng)形成連接，如圖3所示。Na離子和K離子在玻璃表面析出形成金屬鹽。反應(yīng)過程的化學(xué)方程式為:
Na20 — 2Na++02K20 — 2Κ++024Fe+302—^ 2Fe203
在玻璃板底部距尚金屬板0.5-1 mm的地方放置第二電極板，玻璃板與第二電極板接觸的部分以及下面部分受電場作用，內(nèi)部的堿金屬氧化物發(fā)生電離分解，玻璃板的其它部分不受電場影響，保持了玻璃的本來結(jié)構(gòu)與成分。
[0011]本發(fā)明的有益效果:在電磁場作用下，玻璃板與第二電極板接觸的部分以及下面部分的0離子都會移動至金屬板與玻璃板的連接界面處，與傳統(tǒng)擴(kuò)散連接方法相比，移動至界面處的0離子數(shù)量增多，界面處的反應(yīng)進(jìn)行的更加充分，連接強(qiáng)度得到了提高。
【附圖說明】
[0012]圖1為玻璃板與金屬板的電場輔助擴(kuò)散連接裝置的示意圖。
[0013]圖2為低壓直流電源未接通時，即未施加磁場時0離子的移動軌跡不意圖。
[0014]圖3為低壓直流電源接通時，即施加磁場后0離子的移動軌跡示意圖。圖中黑點(diǎn)表不磁場方向。
[0015]1、第一電極板；2、第二電極板；3、金屬板；4、玻璃板；5、上壓頭；6、側(cè)壓頭；7、加熱板；8、高壓直流電源；9、低壓直流電源、10、線圈；11、爐體；12、電場線方向；13、離子偏轉(zhuǎn)方向。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種電磁場輔助玻璃板與金屬板的擴(kuò)散連接裝置，包括爐體，所述爐體底部設(shè)有加熱板7，第一電極板1放置在加熱板7上方，所述金屬板3水平放置在第一電極板1上方，金屬