碳結(jié)構(gòu)表面金屬化的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種碳結(jié)構(gòu)表面金屬化的方法，包括以下步驟：將硬釬料設(shè)置至碳結(jié)構(gòu)的表面以及將該硬釬料及該碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬釬焊。本發(fā)明的硬釬料與該碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬釬焊后，硬釬料中如鈦、鉻、硅等活性元素會(huì)與該碳結(jié)構(gòu)中碳元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而增強(qiáng)硬釬料與碳結(jié)構(gòu)的結(jié)合強(qiáng)度。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及焊接方法碳結(jié)構(gòu)表面金屬化的方法。 碳結(jié)構(gòu)表面金屬化的方法

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，在石墨表面形成金屬層通常是通過在石墨片表面電鍍或者離子濺鍍 一個(gè)鎳或銅金屬層來實(shí)現(xiàn)的。然而，由于上述金屬層與石墨片之間是通過物理方式而不是 通過化學(xué)冶金的方式實(shí)現(xiàn)結(jié)合，兩者間的連接并不牢固，經(jīng)常出現(xiàn)金屬層脫落的現(xiàn)象。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種連接牢固的石墨等碳結(jié)構(gòu)表面金屬化的方法。
[0004] 一種碳結(jié)構(gòu)表面金屬化的方法，包括以下步驟：將硬釬料設(shè)置至碳結(jié)構(gòu)的表面以 及將該硬釬料及該碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬釬焊。
[0005] 本發(fā)明的硬釬料與該碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬釬焊后，硬釬料中如鈦、鉻、鋯、硅等活性元素 會(huì)與該碳結(jié)構(gòu)中碳元素的會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而增強(qiáng)硬釬料與碳結(jié)構(gòu)的結(jié)合強(qiáng)度。
[0006] 為了能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征以及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì) 說明與附圖，然而所附圖僅提供參考與說明用，并非用來對(duì)本發(fā)明加以限制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施方式的碳結(jié)構(gòu)表面金屬化的方法的流程圖。
[0008] 圖2是根據(jù)圖1的方法制作出來的碳結(jié)構(gòu)與其表面的金屬片的組合體的局部剖視 結(jié)構(gòu)示意圖，值得注意的是實(shí)際上各層的比例關(guān)系未必如圖所示。

【具體實(shí)施方式】
[0009] 下面結(jié)合附圖，通過對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案 及其他有益效果顯而易見。附圖僅提供參考與說明用，并非用來對(duì)本發(fā)明加以限制。附圖 中顯示的尺寸僅僅是為了便于清晰描述，而并不限定比例關(guān)系。
[0010] 本發(fā)明第一實(shí)施方式的碳結(jié)構(gòu)表面金屬化的方法包括以下步驟：
[0011] 步驟1 :將銀銅鈦（Ag，Cu，Ti)硬釬料，比如69%的銀，27%的銅，4%的鈦的銀銅鈦 硬釬料，通過網(wǎng)版絲印的方式印刷至該碳結(jié)構(gòu)的表面，網(wǎng)版絲印過程中優(yōu)選厚度在0. 5毫 米以下的聚脂絲網(wǎng)，以使得絲網(wǎng)在印刷釬料的過程中具有較佳的彈性。上述碳結(jié)構(gòu)可以是 石墨、碳和石墨粉末的混合物等。
[0012] 步驟2 :將上述設(shè)置有銀銅鈦硬釬料的碳結(jié)構(gòu)放入真空度在1.0ΧΚΓ1帕至 4. ΟΧ ΚΓ2帕并且溫度在800°C至900°C的真空爐中保溫13至17分鐘，然后冷卻，以使銀銅 鈦硬釬料硬釬焊至碳結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，上述真空度在6. 0 X ΚΓ2帕，上述溫度為850°C，上述保 溫時(shí)間為15分鐘。在上述設(shè)置有銀銅鈦硬釬料的碳結(jié)構(gòu)放入真空爐后，優(yōu)選地，真空爐從 室溫以每分鐘l〇°C的速度上升至850°C，然后再在該850°C的環(huán)境中保溫15分鐘。
[0013] 本發(fā)明第二實(shí)施方式的碳結(jié)構(gòu)表面金屬化的方法包括以下步驟：
[0014] 步驟1 :將美國(guó)焊接協(xié)會(huì)（American Welding Society, AWS)規(guī)定的BNi2型硬釬 料通過噴射的方式均勻噴射至該碳結(jié)構(gòu)的表面。上述碳結(jié)構(gòu)可以是石墨、碳和石墨粉末的 混合物等。
[0015] 步驟2 :將上述設(shè)置有BNi2硬釬料的碳結(jié)構(gòu)放入真空度在2. 0X 10_2帕至8X 10_3 帕并且溫度為1050°C至1150°C的真空爐中保溫25至35分鐘，然后冷卻，以使BNi2硬釬料 硬釬焊至碳結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，上述真空度在1.0ΧΚΓ 2帕，上述溫度為1KKTC，上述保溫時(shí)間 為30分鐘。在上述設(shè)置有BNi2硬釬料的碳結(jié)構(gòu)放入真空爐后，優(yōu)選地，真空爐從室溫以每 分鐘15°C的速度上升至1100°C，然后再在該1100°C的環(huán)境中保溫30分鐘。
[0016] 本發(fā)明第三實(shí)施方式的碳結(jié)構(gòu)表面金屬化的方法包括以下步驟：
[0017] 步驟1 :將鈦鋯銅鎳（Ti，Zr，Cu，Ni)硬釬料，比如含40%的鈦，20%的鋯，20%的銅， 20%的鎳的鈦鋯銅鎳硬釬料，均勻?yàn)⒃谠撎冀Y(jié)構(gòu)的表面。該碳結(jié)構(gòu)可為環(huán)狀的石墨片。
[0018] 步驟2 :將上述設(shè)置有鈦鋯銅鎳硬釬料的碳結(jié)構(gòu)放入真空度在1.0ΧΚΓ2帕至 3X ΚΓ3帕并且溫度為900°C至1000°C的真空爐中保溫20至30分鐘，然后冷卻，以使鈦鋯 銅鎳釬料硬釬焊至碳結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，上述真空度在8 X 1(Γ3帕，上述溫度為950°C，上述保溫 時(shí)間為20分鐘。在上述設(shè)置有鈦鋯銅鎳釬料的碳結(jié)構(gòu)放入真空爐后，優(yōu)選地，真空爐從室 溫以每分鐘15°C的速度上升至950°C，然后再在該950°C的環(huán)境中保溫20分鐘。
[0019] 本發(fā)明第四實(shí)施方式的碳結(jié)構(gòu)表面金屬化的方法包括以下步驟：
[0020] 步驟1 :將AWS規(guī)定的8附5硬釬料通過網(wǎng)版絲印的方式印刷至該碳結(jié)構(gòu)的表面，網(wǎng) 版絲印過程中優(yōu)選厚度在0. 5毫米以下的聚脂絲網(wǎng)，以使得絲網(wǎng)在印刷釬料的過程中具有 較佳的彈性。
[0021] 步驟2:將上述設(shè)置有8附5硬釬料的碳結(jié)構(gòu)放入真空度在3. 0ΧΚΓ3帕至 1. 0X10_3帕并且溫度為1KKTC至1200°C的真空爐中保溫15至20分鐘，然后冷卻，以使 8附 5硬釬料硬釬焊至碳結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，上述真空度在1X10_3帕，上述溫度為1200°C，上述 保溫時(shí)間為20分鐘。在上述設(shè)置有銀銅鈦硬釬料的碳結(jié)構(gòu)放入真空爐后，優(yōu)選地，真空爐 從室溫以每分鐘20°C的速度上升至1200°C，然后再在該1200°C的環(huán)境中保溫20分鐘。
[0022] 本發(fā)明第五實(shí)施方式的碳結(jié)構(gòu)表面金屬化的方法包括以下步驟：
[0023] 步驟1 :將8附7硬釬料通過網(wǎng)版絲印的方式印刷至該碳結(jié)構(gòu)的表面，網(wǎng)版絲印過 程中優(yōu)選厚度在〇. 5毫米以下的聚脂絲網(wǎng)，以使得絲網(wǎng)在印刷釬料的過程中具有較佳的彈 性。
[0024] 步驟2 :將上述設(shè)置有BNi7硬釬料的碳結(jié)構(gòu)放入氨分解網(wǎng)帶爐（Mesh Belt Furnace)中，帶速設(shè)定0. 1-0. 8m/s，最高釬焊溫度設(shè)定為800°C至1100°C，然后冷卻，以使 BNi7硬釬料硬釬焊至碳結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，上述帶速設(shè)定0. 4m/s，最高釬焊溫度設(shè)定為1000°C。 實(shí)際上，上述氨分解網(wǎng)帶爐就是一個(gè)氣氛保護(hù)爐，其中的氣體還可以是氮?dú)?、氫氣、氬氣、?氣、一氧化碳、二氧化碳、或其混合氣體等，不同氣體對(duì)應(yīng)不同溫度。因此溫度范圍不限于上 述范圍。
[0025] 可以理解，在將硬釬料設(shè)置至石墨片的表面之前，還可包括步驟：打磨石墨片用于 與該硬釬料接觸的表面；將石墨片放置在設(shè)置有超聲波產(chǎn)生裝置的酒精中清洗；將石墨片 浸泡在丙酮中；以及將石墨片取出晾干。通過上述步驟，可有效對(duì)石墨片進(jìn)行清洗。
[0026] 請(qǐng)結(jié)合圖1，通過以上多個(gè)實(shí)施方式可看出，本發(fā)明的碳結(jié)構(gòu)與金屬片的焊接方法 實(shí)際上包括以下兩個(gè)步驟：
[0027] S10 :將硬釬料設(shè)置至碳結(jié)構(gòu)的表面；以及
[0028] S20 :將該硬釬料及該碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬釬焊。
[0029] 其中，步驟S20中硬釬料及碳結(jié)構(gòu)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），溫度為800°C以上（即大于等于800°C )的環(huán) 境中10至30分鐘而進(jìn)行硬釬焊。也可以理解，硬釬焊所持續(xù)的時(shí)間也可不限于上述時(shí)間 方位，比如，在上述第三實(shí)施方式中，時(shí)間也可超過30分鐘。
[0030] 請(qǐng)結(jié)合圖2,在上述的焊接方法中，硬釬料與該碳結(jié)構(gòu)10進(jìn)行硬釬焊后，硬釬料中 如鈦、鉻、鋯、硅等活性元素會(huì)與該碳結(jié)構(gòu)中的碳元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如此，硬釬料在該碳結(jié) 構(gòu)表面硬釬焊后形成的硬釬料層20實(shí)際包括了兩個(gè)層，一個(gè)是靠近該碳結(jié)構(gòu)10的由該硬 釬料與該碳結(jié)構(gòu)10化學(xué)反應(yīng)而成的反應(yīng)層22,另一個(gè)是遠(yuǎn)離該碳結(jié)構(gòu)10的由該硬釬料自 身的組份反應(yīng)而成的結(jié)合層24。由于發(fā)生了冶金反應(yīng)，該反應(yīng)層22與該碳結(jié)構(gòu)10高度結(jié) 合的同時(shí)還與該結(jié)合層24高度結(jié)合。因此，主要由金屬元素構(gòu)成的結(jié)合層24牢固地結(jié)合 至該碳結(jié)構(gòu)10。既是說，硬釬料硬釬焊至該碳結(jié)構(gòu)10后在該碳結(jié)構(gòu)10表面形成了一個(gè)牢 固的金屬層，從而有利于后續(xù)與其它金屬材料的結(jié)合。
[0031] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 碳結(jié)構(gòu)表面金屬化的方法，包括以下步驟： 將硬釬料設(shè)置至碳結(jié)構(gòu)的表面； 將該硬釬料及該碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬釬焊。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，選用石墨為該碳結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在將硬釬料設(shè)置至碳結(jié)構(gòu)的表面之前， 還包括步驟：清洗該碳結(jié)構(gòu)與該硬釬料接觸的表面。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在將硬釬料設(shè)置至碳結(jié)構(gòu)的表面之前，還包 括步驟： 打磨石墨片用于與該硬釬料接觸的表面； 將石墨片放置在設(shè)置有超聲波產(chǎn)生裝置的酒精中清洗； 將石墨片浸泡在丙酮中；以及 將石墨片取出晾干。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將硬釬料設(shè)置至碳結(jié)構(gòu)的表面包括通過網(wǎng) 版絲印的方式將該硬釬料設(shè)置至該碳結(jié)構(gòu)的表面。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，將硬釬料設(shè)置至碳結(jié)構(gòu)的表面包括采用厚 度在0. 5毫米以下的聚脂絲網(wǎng)該網(wǎng)版絲印。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將硬釬料設(shè)置至碳結(jié)構(gòu)的表面包括通過噴 射或噴灑的方式將該硬釬料設(shè)置至該碳結(jié)構(gòu)的表面。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將該硬釬料及該碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬釬焊包括將 該硬釬料及該碳結(jié)構(gòu)被放置在真空度在1. 〇 X ΚΓ1帕以上，溫度為800°C以上的環(huán)境中而進(jìn) 行硬釬焊。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，將該硬釬料及該碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬釬焊包括將 該硬釬料及該碳結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境以每分鐘10至20度上升至所需的溫度。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將該硬釬料及該碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬釬焊包括將 該硬釬料及該碳結(jié)構(gòu)被放置在溫度為800°C以上的氣氛保護(hù)爐中進(jìn)行硬釬焊。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，該氣氛保護(hù)爐包括氮?dú)狻錃?、氦氣、?氣、一氧化碳、二氧化碳、氨分解氣或其混合氣體。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在將該硬釬料及該碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬釬焊的步 驟中，該硬釬料形成靠近該碳結(jié)構(gòu)的反應(yīng)層以及遠(yuǎn)離該碳結(jié)構(gòu)的結(jié)合層，該反應(yīng)層由該硬 釬料與該碳結(jié)構(gòu)化學(xué)反應(yīng)而成，該結(jié)合層由該硬釬料自身的組份反應(yīng)而成。
【文檔編號(hào)】B23K1/008GK104057170SQ201310091496
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月20日
【發(fā)明者】郭建軍, 鄒志平, 鄭宗暉, 杜志恒 申請(qǐng)人:深圳聯(lián)合焊接材料有限公司, 德昌電機(jī)(深圳)有限公司