一种应用于真空电子器件钎焊封接的电真空银基合金钎料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钎焊材料技术领域，涉及一种应用于真空电子器件钎焊封接的电真空银基合金钎料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]真空电子器件种类繁多，应用广泛，需求旺盛，在国民生产和生活中起着十分重要的作用。例如:真空开关管广泛用于电力、煤炭、石油、化工等领域，年需求量达到了数百万只；微波电子管主要用于雷达、电视、通信、导航、加热等领域；X射线管用于医学诊断治疗、零件无损检验、物质结构分析等领域。真空电子器件是由多种材料，主要包括无氧铜、不锈钢、镲、钛、可伐合金等金属材料和Al2O3陶瓷、玻璃等非金属材料，通过焊接方法连接成为具有某种特定功能的构件。由于真空电子器件结构非常复杂，对尺寸精度要求很高，并且经常涉及到异种材料之间的连接，尤其是金属与非金属的连接，因此钎焊就成为器件制造中最基本的连接方法。其中，真空钎焊技术由于可以实现封接和真空排气一步完成，简化了真空电子器件的制造工艺，因此越来越多地被器件制造厂家所采用。
[0003]BAg72Cu银钎料作为一种Ag-Cu 二元共晶合金钎料，具有如下优点:1、钎料熔点779°C，流点与熔点相近，钎焊温度适中(800-850°C ) ;2、钎料对铜、不锈钢和镍都具有良好的润湿性和流动性，钎焊工艺性能好；3、钎料清洁，不含高蒸气压、易挥发性元素；4、钎料强度高、导电性好、耐腐蚀等。因此，BAg72Cu银钎料被广泛应用于真空电子器件的真空钎焊封接，是器件制造中的首选钎料。然而，BAg72Cu钎料中贵金属Ag含量高达71% -73%，导致钎料的成本价格高昂。因此，如何降低真空电子器件钎焊封接用电真空银钎料的成本，是真空电子行业亟待解决的一个迫切问题，并且具有重大的经济意义以及显著的社会效益。
[0004]目前，降低真空电子器件钎焊封接用电真空银钎料的成本主要可分为以下两种:一、直接降低电真空银钎料中的银含量，并通过添加其它一些合金元素的方法，来开发出一种适用于真空电子器件钎焊封接用的低银钎料；二、以铜基合金钎料为基础，并通过添加其它一些合金元素，来开发出适用于真空电子器件钎焊封接用的代银钎料。然而到目前为止，还没有开发出能够完全替代电真空BAg72Cu银钎料的低银或代银钎料，来应用于真空电子器件的真空钎焊封接。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种应用于真空电子器件钎焊封接的电真空银基合金钎料及其制备方法，目的在于钎料具有较佳的钎焊性能和加工性能，可通过真空熔炼以及常规轧制、冲压工艺加工成厚度为0.05-0.15mm的预成型焊片，替代BAg72Cu电真空钎料，降低电真空钎料的成本。
[0006]因此，本发明采取如下的技术方案来实现:一种应用于真空电子器件钎焊封接的电真空银基合金钎料，其化学成分及质量百分比为:Ag 55% -58%, Sn 0% -5%, In0% -8%, Cu余量，所述的钎料中至少含有Sn或In。
[0007]作为优选:电真空银基合金钎料中化学成分及质量百分比为:Ag 57% -58%, Sn3.5% -4.5%, Cu 余量。
[0008]作为优选:电真空银基合金钎料中化学成分及质量百分比为:Ag 55% -56%, In7.0% -8.0%, Cu 余量。
[0009]作为优选:电真空银基合金钎料中化学成分及质量百分比为:Ag 56% -57%, Sn
1.5% -2.5%, In 3.5% -4.5%, Cu 余量。
[0010]作为优选:电真空银基合金钎料中化学成分及质量百分比为:Ag 56% -57%, Sn3.5% -4.5%, In 1.5%-2.5%，Cu 余量。
[0011]本发明提供的新型电真空银基合金钎料采用高纯金属(99.99%的Ag、Sn、In以及99.97%的无氧Cu)，按照质量百分比进行配制，在真空感应熔炼炉中进行熔炼并浇注成型，熔炼真空度小于SxKT1Pa,熔炼坩祸采用“三高”的石墨坩祸(高纯度、高强度、高致密)，浇注模为立式对开石墨铸模。
[0012]本发明提供的新型电真空银基合金钎料的化学成分设计原理在于:针对BAg72Cu电真空钎料，通过直接减少钎料中的Ag含量将是降低真空电子器件钎焊封接用电真空银钎料的一种有效措施。然而，如果仅是简单地减少银基钎料中的Ag含量，将会引起钎料熔点升高，熔化区间增大，导致钎料润湿性和流动性下降等一系列钎焊性问题；通过大量实验发现，元素Sn、In作为银基钎料能最有效的降熔点以及改性，其虽可以降低银基钎料的液相线温度，但同时钎料的固相线温度降低更多，导致钎料的熔化区间更大，钎焊性能进一步变差。当选择的银基合金钎料中Ag>60%时，钎料的钎焊性能良好，但降成本效果不明显；而当Ag< 50%时，钎料的降成本效果明显，但钎焊性能较差。基于上述结论，选择的新型电真空银基合金钎料中Ag含量为55% -60%,并通过添加适量的元素Sn或/和In来改善钎料的钎焊性能和加工性能，使钎料既有明显的降成本效果，又具有优异的钎焊性能和加工性能。
[0013]本发明提供的新型电真空银基合金钎料的制备方法原理在于:电真空钎料所要求的溅散性能与钎料中的氧含量有直接关系。本发明提供的制备方法中，一方面通过提高熔炼真空度(达Sxl(T1Pa)，来加大钎料合金液内、外的氧分压差，从而加速钎料中的氧从钎料中溢出，充分去除钎料中的氧；另一方面采用“三高”的石墨坩祸和立式石墨铸模，通过在石墨坩祸和铸模中存在的下述化学反应:
[0014]C+02 i = C02 个，
[0015]2C+02 丨=2CO 个，
[0016]Cu20+C = 2CU+CO 个，
[0017]来彻底去除钎料中的氧。此外，电真空钎料所要求的清洁性能与钎料中的夹杂有关。本发明提供的制备方法中，一方面通过采用高纯金属来配制钎料，有效地防止了夹杂的带入；另一方面通过采用“三高”的石墨坩祸进行真空熔炼，可有效防止夹杂的生成。
[0018]本发明与现有技术相比，具备以下优点和效果:
[0019]1、本发明提供的新型电真空银基合金钎料，Ag含量较低，为55% -58%，降成本效果明显，且钎焊性能和加工性能优异，与BAg72Cu电真空钎料相当，能够加工成厚度为0.05-0.15_的预成型焊片，替代BAg72Cu电真空钎料用于真空电子器件的钎焊、封接。
[0020]2、本发明提供的新型电真空银基合金钎料，氧含量极低，夹杂很少，钎料的溅散性达A级，清洁性达I级，满足真空电子器件钎焊、封接对电真空钎料使用性能的要求。
【附图说明】
[0021]图1为本发明的新型电真空银基合金钎料真空