碳结构表面金属化的方法

碳结构表面金属化的方法
【专利摘要】本发明提供一种碳结构表面金属化的方法，包括以下步骤：将硬钎料设置至碳结构的表面以及将该硬钎料及该碳结构进行硬钎焊。本发明的硬钎料与该碳结构进行硬钎焊后，硬钎料中如钛、铬、硅等活性元素会与该碳结构中碳元素发生化学反应，从而增强硬钎料与碳结构的结合强度。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及焊接方法碳结构表面金属化的方法。 碳结构表面金属化的方法

【背景技术】
[0002] 现有技术中，在石墨表面形成金属层通常是通过在石墨片表面电镀或者离子溅镀 一个镍或铜金属层来实现的。然而，由于上述金属层与石墨片之间是通过物理方式而不是 通过化学冶金的方式实现结合，两者间的连接并不牢固，经常出现金属层脱落的现象。


【发明内容】

[0003] 有鉴于此，本发明提供一种连接牢固的石墨等碳结构表面金属化的方法。
[0004] 一种碳结构表面金属化的方法，包括以下步骤：将硬钎料设置至碳结构的表面以 及将该硬钎料及该碳结构进行硬钎焊。
[0005] 本发明的硬钎料与该碳结构进行硬钎焊后，硬钎料中如钛、铬、锆、硅等活性元素 会与该碳结构中碳元素的会发生化学反应，从而增强硬钎料与碳结构的结合强度。
[0006] 为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细 说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

【专利附图】

【附图说明】
[0007] 图1是本发明较佳实施方式的碳结构表面金属化的方法的流程图。
[0008] 图2是根据图1的方法制作出来的碳结构与其表面的金属片的组合体的局部剖视 结构示意图，值得注意的是实际上各层的比例关系未必如图所示。

【具体实施方式】
[0009] 下面结合附图，通过对本发明的【具体实施方式】详细描述，将使本发明的技术方案 及其他有益效果显而易见。附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图 中显示的尺寸仅仅是为了便于清晰描述，而并不限定比例关系。
[0010] 本发明第一实施方式的碳结构表面金属化的方法包括以下步骤：
[0011] 步骤1 :将银铜钛（Ag，Cu，Ti)硬钎料，比如69%的银，27%的铜，4%的钛的银铜钛 硬钎料，通过网版丝印的方式印刷至该碳结构的表面，网版丝印过程中优选厚度在0. 5毫 米以下的聚脂丝网，以使得丝网在印刷钎料的过程中具有较佳的弹性。上述碳结构可以是 石墨、碳和石墨粉末的混合物等。
[0012] 步骤2 :将上述设置有银铜钛硬钎料的碳结构放入真空度在1.0ΧΚΓ1帕至 4. ΟΧ ΚΓ2帕并且温度在800°C至900°C的真空炉中保温13至17分钟，然后冷却，以使银铜 钛硬钎料硬钎焊至碳结构。优选地，上述真空度在6. 0 X ΚΓ2帕，上述温度为850°C，上述保 温时间为15分钟。在上述设置有银铜钛硬钎料的碳结构放入真空炉后，优选地，真空炉从 室温以每分钟l〇°C的速度上升至850°C，然后再在该850°C的环境中保温15分钟。
[0013] 本发明第二实施方式的碳结构表面金属化的方法包括以下步骤：
[0014] 步骤1 :将美国焊接协会（American Welding Society, AWS)规定的BNi2型硬钎 料通过喷射的方式均勻喷射至该碳结构的表面。上述碳结构可以是石墨、碳和石墨粉末的 混合物等。
[0015] 步骤2 :将上述设置有BNi2硬钎料的碳结构放入真空度在2. 0X 10_2帕至8X 10_3 帕并且温度为1050°C至1150°C的真空炉中保温25至35分钟，然后冷却，以使BNi2硬钎料 硬钎焊至碳结构。优选地，上述真空度在1.0ΧΚΓ 2帕，上述温度为1KKTC，上述保温时间 为30分钟。在上述设置有BNi2硬钎料的碳结构放入真空炉后，优选地，真空炉从室温以每 分钟15°C的速度上升至1100°C，然后再在该1100°C的环境中保温30分钟。
[0016] 本发明第三实施方式的碳结构表面金属化的方法包括以下步骤：
[0017] 步骤1 :将钛锆铜镍（Ti，Zr，Cu，Ni)硬钎料，比如含40%的钛，20%的锆，20%的铜， 20%的镍的钛锆铜镍硬钎料，均匀洒在该碳结构的表面。该碳结构可为环状的石墨片。
[0018] 步骤2 :将上述设置有钛锆铜镍硬钎料的碳结构放入真空度在1.0ΧΚΓ2帕至 3X ΚΓ3帕并且温度为900°C至1000°C的真空炉中保温20至30分钟，然后冷却，以使钛锆 铜镍钎料硬钎焊至碳结构。优选地，上述真空度在8 X 1(Γ3帕，上述温度为950°C，上述保温 时间为20分钟。在上述设置有钛锆铜镍钎料的碳结构放入真空炉后，优选地，真空炉从室 温以每分钟15°C的速度上升至950°C，然后再在该950°C的环境中保温20分钟。
[0019] 本发明第四实施方式的碳结构表面金属化的方法包括以下步骤：
[0020] 步骤1 :将AWS规定的8附5硬钎料通过网版丝印的方式印刷至该碳结构的表面，网 版丝印过程中优选厚度在0. 5毫米以下的聚脂丝网，以使得丝网在印刷钎料的过程中具有 较佳的弹性。
[0021] 步骤2:将上述设置有8附5硬钎料的碳结构放入真空度在3. 0ΧΚΓ3帕至 1. 0X10_3帕并且温度为1KKTC至1200°C的真空炉中保温15至20分钟，然后冷却，以使 8附 5硬钎料硬钎焊至碳结构。优选地，上述真空度在1X10_3帕，上述温度为1200°C，上述 保温时间为20分钟。在上述设置有银铜钛硬钎料的碳结构放入真空炉后，优选地，真空炉 从室温以每分钟20°C的速度上升至1200°C，然后再在该1200°C的环境中保温20分钟。
[0022] 本发明第五实施方式的碳结构表面金属化的方法包括以下步骤：
[0023] 步骤1 :将8附7硬钎料通过网版丝印的方式印刷至该碳结构的表面，网版丝印过 程中优选厚度在〇. 5毫米以下的聚脂丝网，以使得丝网在印刷钎料的过程中具有较佳的弹 性。
[0024] 步骤2 :将上述设置有BNi7硬钎料的碳结构放入氨分解网带炉（Mesh Belt Furnace)中，带速设定0. 1-0. 8m/s，最高钎焊温度设定为800°C至1100°C，然后冷却，以使 BNi7硬钎料硬钎焊至碳结构。优选地，上述带速设定0. 4m/s，最高钎焊温度设定为1000°C。 实际上，上述氨分解网带炉就是一个气氛保护炉，其中的气体还可以是氮气、氢气、氩气、氦 气、一氧化碳、二氧化碳、或其混合气体等，不同气体对应不同温度。因此温度范围不限于上 述范围。
[0025] 可以理解，在将硬钎料设置至石墨片的表面之前，还可包括步骤：打磨石墨片用于 与该硬钎料接触的表面；将石墨片放置在设置有超声波产生装置的酒精中清洗；将石墨片 浸泡在丙酮中；以及将石墨片取出晾干。通过上述步骤，可有效对石墨片进行清洗。
[0026] 请结合图1，通过以上多个实施方式可看出，本发明的碳结构与金属片的焊接方法 实际上包括以下两个步骤：
[0027] S10 :将硬钎料设置至碳结构的表面；以及
[0028] S20 :将该硬钎料及该碳结构进行硬钎焊。
[0029] 其中，步骤S20中硬钎料及碳结构被放置在真空度在1.0 ΧΚΓ1帕以上（即真空度 大于等于1. ΟΧ ΚΓ1帕，比如1. ΟΧ ΚΓ3帕），温度为800°C以上（即大于等于800°C )的环 境中10至30分钟而进行硬钎焊。也可以理解，硬钎焊所持续的时间也可不限于上述时间 方位，比如，在上述第三实施方式中，时间也可超过30分钟。
[0030] 请结合图2,在上述的焊接方法中，硬钎料与该碳结构10进行硬钎焊后，硬钎料中 如钛、铬、锆、硅等活性元素会与该碳结构中的碳元素发生化学反应。如此，硬钎料在该碳结 构表面硬钎焊后形成的硬钎料层20实际包括了两个层，一个是靠近该碳结构10的由该硬 钎料与该碳结构10化学反应而成的反应层22,另一个是远离该碳结构10的由该硬钎料自 身的组份反应而成的结合层24。由于发生了冶金反应，该反应层22与该碳结构10高度结 合的同时还与该结合层24高度结合。因此，主要由金属元素构成的结合层24牢固地结合 至该碳结构10。既是说，硬钎料硬钎焊至该碳结构10后在该碳结构10表面形成了一个牢 固的金属层，从而有利于后续与其它金属材料的结合。
[0031] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 碳结构表面金属化的方法，包括以下步骤： 将硬钎料设置至碳结构的表面； 将该硬钎料及该碳结构进行硬钎焊。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，选用石墨为该碳结构。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在将硬钎料设置至碳结构的表面之前， 还包括步骤：清洗该碳结构与该硬钎料接触的表面。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，在将硬钎料设置至碳结构的表面之前，还包 括步骤： 打磨石墨片用于与该硬钎料接触的表面； 将石墨片放置在设置有超声波产生装置的酒精中清洗； 将石墨片浸泡在丙酮中；以及 将石墨片取出晾干。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，将硬钎料设置至碳结构的表面包括通过网 版丝印的方式将该硬钎料设置至该碳结构的表面。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，将硬钎料设置至碳结构的表面包括采用厚 度在0. 5毫米以下的聚脂丝网该网版丝印。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，将硬钎料设置至碳结构的表面包括通过喷 射或喷洒的方式将该硬钎料设置至该碳结构的表面。
8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，将该硬钎料及该碳结构进行硬钎焊包括将 该硬钎料及该碳结构被放置在真空度在1. 〇 X ΚΓ1帕以上，温度为800°C以上的环境中而进 行硬钎焊。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，将该硬钎料及该碳结构进行硬钎焊包括将 该硬钎料及该碳结构所处的环境以每分钟10至20度上升至所需的温度。
10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，将该硬钎料及该碳结构进行硬钎焊包括将 该硬钎料及该碳结构被放置在温度为800°C以上的气氛保护炉中进行硬钎焊。
11. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，该气氛保护炉包括氮气、氢气、氦气、氦 气、一氧化碳、二氧化碳、氨分解气或其混合气体。
12. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将该硬钎料及该碳结构进行硬钎焊的步 骤中，该硬钎料形成靠近该碳结构的反应层以及远离该碳结构的结合层，该反应层由该硬 钎料与该碳结构化学反应而成，该结合层由该硬钎料自身的组份反应而成。
【文档编号】B23K1/008GK104057170SQ201310091496
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月20日 优先权日:2013年3月20日
【发明者】郭建军, 邹志平, 郑宗晖, 杜志恒 申请人:深圳联合焊接材料有限公司, 德昌电机(深圳)有限公司