专利名称：晶态特种焊料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及钎焊所使用的焊料，特别是电器、电子工业中所使用的焊料及其制造方法。
钎焊的最终目的是能够得到一个优质的接头，使二个或二个以上的同种或异种母材形成不可拆卸的接头，这就需要钎焊材料具备优良的填满钎缝和同母材相互作用的能力。随着电器工业的迅猛发展，钎焊技术在电器上大量采用含金钎料和银基钎料，对银的消耗量越来越大，加之银资源的匮乏，引起世界银矿的日益枯竭，已成为世界性关注的热点，如何来研制发明一种钎料完全能替代银基钎料，少用白银或不用白银来达到银基钎料所拥有的钎料全部特性及功能是非常重要的。
目前，国内外代金、代银钎焊材料虽然较多，但众多的代金、代银钎焊料存在着以下通病1.使用范围较狭窄，功能性较差，只能取代银基钎料的部分功能。
2.材料含气量较大且夹杂，在钎焊时会产生爆溅。
3.材料的抗氧化能力极差。
4.材料多属非晶态或通过加工后失去塑性，太脆，不宜成形。
5.材料的润浸性较差，钎焊时不能形成焊接包角等等。
6.材料的稳定性差。
由于，目前代银焊料存在着许多弊端与不足，给电器行业上的推广应用作用不大。
本发明的目的即在于针对现有的代金、代银焊料所存在的诸多缺点，包括使用范围窄、功能性差、含气量和含杂质量大、抗氧化能力差，以及稳定性、润浸性不好、太脆、不易成型等方面的问题，而提供一种性能良好，制造成型技术先进的晶态特种焊料及其制造方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种晶态特种焊料及其制造方法，包括用于钎接有色金属的焊料和用于钎接黑色金属的焊料，一、配方本焊料的配方有Cu、P、Sn、In、Zn、Ni几种材料组成的特种焊料基体外，还含有表面活性物质Mn、Li、Si、稀土元素；
二、制作工艺(1)按下面的配方一和配方二的百分比称量各基体材料，用化学方法除去表面氧化物及污物，用超高纯石墨容器将所有基体材料一次放入该容器后，加入表面活性物质，然后用“A”强化剂覆盖满表面；(2)上炉加热至熔解，静置5分钟即可出炉；(3)浇入预先准备的模具内，即获得晶态特种焊料的材料基体；(4)成型将上述材料基体放入焊料成型装置中挤压成型。
焊料配方的具体重量百分比如下配方一钎接有色金属的焊料基体P3～12％，Sn3～10％，In0.2～0.4％，Ni1～5％，其余为Cu；配方二钎接黑色金属的焊料基体Zn2～5％，Sn3～7％，In2～4％，Ni5～10％，其余为Cu。
表面活性物质的添加量，按每百公斤焊料基体中加入Mn3～5公斤，Li8～10公斤，Si2～6公斤，稀土5～7公斤。
“A”强化剂的化学成份组成的重量百分比为氧化硅20～30％，碳酸钠40～50％，氧化铜粉末1～10％，其余为石英粉。
焊料成型装置，主要由油缸(1)、成型模腔(3)和成型模具(5)组成，油缸(1)的推杆端部装有可以从一端伸入成型模腔(3)内的密封头(2)，在成型模腔(3)的另一端装有成型模具(5)，并在成型模腔(3)的外面装有发热元件(4)和测温仪表(6)。
本发明具有以下优点和效果1.本发明从配方上、冶炼技术上、制造方法上克服了以上弊端与不足，从多数代银钎料只能在有色金属的钎接上扩大到有色金属与黑色金属同样钎接上。
2.本配方在熔炼上另加入“A”强化剂，使之整个熔炼过程更加完善与提高。
3.通过一次成型装置，保证了材料基体一次成型的质量，克服了传统成型工艺中的氧化和夹杂问题。
附图的图面说明如下
图1是本发明所提供的焊料成型装置结构示意图下面结合附图和实施例作进一步说明一、配方本发明的配方有Cu、P、Sn、In、Zn、Ni几种材料组成的特种焊料基体外，还含有表面活性物质Mn、Li、Si、稀土元素。具体配方重量百分比如下配方一钎接有色金属的焊料基体P3～12％，Sn3～10％，In0.2～0.4％，Ni1～5％，其余为Cu；配方二钎接黑色金属的焊料基体Zn2～5％，Sn3～7％，In2～4％，Ni5～10％，其余为Cu。
表面活性物质添加量(每百公斤焊料基体添加量)Mn3～5公斤，Li8～10公斤，Si2～6公斤，稀土5～7公斤。
表面活性物质对钎接中的作用表面活性物质所研究的范围是钎焊材料从固态加热至液态，如何使金属溶液更具有活力，能迅速填满钎缝，使二个以上同种或异种母材形成不可拆卸的接头。溶液都具有表面张力，为使在钎接过程中金属溶液表面张力显著减小，使之发生正吸附的物质，对所需钎接的母材润湿性得到较大改善，从而提高钎接的质量。
表面活性物质的研究除纯金属液态的表面张力外，更注重多元素组合后液态的表面张力。
二、制作工艺1.熔炼目前国内外在熔炼上不外乎使用碳、电感应、碳精等或使用真空等技术来熔炼。本配方的熔炼采用以上任何一种方法即可，但由于以上方法不能完全而有效地对材料的含气杂质以及材料本身通过加热后的氧化加以控制与改善及清除(除真空熔炼)，故大多熔炼后的材料含气量较高，含有材料本身的杂质，即使通过精炼也难以达到要求的纯度与充分的组合，使之加工后的钎料在钎接时有爆溅和组织分布不匀，钎料的稳定性不好等缺陷。
本配方在熔炼上另加入“A”强化剂，使之整个熔炼过程更加完善。
“A”强化剂的构成原理当配方上炉加热至固态与液态之间时，若材料无任何覆盖剂的情况下，这时材料的氧化最激烈，所损耗的原材料最多，配方失之平衡。“A”强化剂有很好的覆盖避免强氧化又有除去材料本身的气体及清除杂质的功能，使之熔炼后的材料纯度更纯，适用于各熔炼过程。
“A”强化剂化学成份组成氧化硅20～30％，碳酸钠40～50％，氧化铜粉末1～10％，其余为石英粉。
本配方最好使用真空熔炼。
2.操作步骤按配方百分比称量各材料，用化学方法除去表面氧化物及污垢，用超高纯石墨容器，将所有材料一次放入超高纯石墨容器后，加入表面活性物质，然后用“A”强化剂覆盖满表面，上炉加热至熔解，静置5分钟即可出炉，浇入预先准备的模具内，即获得晶态特种焊料的材料基体。
3.成型材料基体是无法适应电器行业中的直接应用的，要使材料基体成为电器、电子行业中可以应用的焊料，还需将材料基体制造成型符合各用户对焊料外形、尺寸的要求，才可真正成为晶态特种焊料。
材料基体成型制造过程及原理材料基体经外力作用下来达到所需的形状及尺寸。当今，国内外对焊料成型加工有冷轧、热轧、吸管、甩抛等方法，本材料基体成型方法用以上方法都将难以成型或相当不经济，而且在制造过程中会产生再次氧化或夹杂等。
本材料基体成型方法是通过材料基体在一密闭的容腔内加温至材料的最佳温度区域，此时材料基体塑变能力最大，再通过强大外力挤压成型。图1为本发明所提供的焊料成型装置示意图，图中所示本装置主要由油缸1、成型模腔3和成型模具5组成，油缸1的推杆端部装有一密封头2，该密封头2可以从一端伸入成型模腔3内，在成型模腔3的另一端装有成型模具5，并在成型模腔3的外面装有发热元件4和测温仪表6。
操作过程截取一块材料基体G放入成型模腔3内加热至最佳温度，等测温仪表6显示材料基体G已达到最佳温度即令油缸1一次加压成型，通过这样一整套装置就可获得焊料各种各样形状的尺寸要求(只要改变模具形状，可成型圆形丝、扁平片或薄片等)。
通过这一装置加工后的焊料，保证了材料基体一次成型的性能。克服了传统加工方法在重复加工时的氧化及夹杂。
本发明宗旨在特种功能配方，优质熔炼技术，一次成型装置。获得了高品质、高性能的晶态特种钎焊料。
权利要求
1.一种晶态特种焊料及其制造方法，包括用于钎接有色金属的焊料和用于钎接黑色金属的焊料，其特征在于一、配方本焊料的配方有Cu、P、Sn、In、Zn、Ni几种材料组成的特种焊料基体外，还含有表面活性物质Mn、Li、Si、稀土元素；配方一钎接有色金属的焊料基体P3～12％，Sn3～10％，In0.2～0.4％，Ni1～5％，其余为Cu；配方二钎接黑色金属的焊料基体Zn2～5％，Sn3～7％，In2～4％，Ni5～10％，其余为Cu。二、制作工艺(1)按上述配方百分比称量各基体材料，用化学方法除去表面氧化物及污物，用超高纯石墨容器将所有基体材料一次放入该容器后，加入表面活性物质，然后用“A”强化剂覆盖满表面；(2)上炉加热至熔解，静置5分钟即可出炉；(3)浇入预先准备的模具内，即获得晶态特种焊料的材料基体；(4)成型将上述材料基体放入焊料成型装置中挤压成型。
2.根据权利要求1所述的晶态特种焊料及其制造方法，其特征在于所说的表面活性物质的添加量，按每百公斤焊料基体中加入Mn3～5公斤，Li8～10公斤，Si2～6公斤，稀土5～7公斤。
3.根据权利要求1所述的晶态特种焊料及其制造方法，其特征在于“A”强化剂的化学成份组成的重量百分比为氧化硅20～30％，碳酸钠40～50％，氧化铜粉末1～10％，其余为石英粉。
4.根据权利要求1所述的晶态特种焊料及其制造方法，其特征在于所说的焊料成型装置，主要由油缸(1)、成型模腔(3)和成型模具(5)组成，油缸(1)的推杆端部装有可以从一端伸入成型模腔(3)内的密封头(2)，在成型模腔(3)的另一端装有成型模具(5)，并在成型模腔(3)的外面装有发热元件(4)和测温仪表(6)。
全文摘要
本发明公开了一种晶态特种焊料及其制造方法,该焊料的配方有Cu、P、Sn、In、Zn、Ni几种材料组成一种特种基体外,还含有表面活性物质,并在熔炼时要用“A”强化剂覆盖表面,对于焊料基体还采用特制的成型装置挤压成型。本钎焊料的焊接材料在配方、冶炼技术和制造方法上克服了现有技术中存在的使用范围窄、焊接润浸性差,不易成型以及含气、夹杂、易氧化等方面的缺点,是一种性能良好,制造成型技术先进,适用范围广的晶态特种焊料,它是一种无金、无银、成本低廉的优质焊料。
文档编号B23K35/00GK1240694SQ9810274
公开日2000年1月12日 申请日期1998年7月1日 优先权日1998年7月1日
发明者程似龙, 张伟民, 陆玉林, 杭卫国 申请人:洪若锋