碳結構表面金屬化的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種碳結構表面金屬化的方法，包括以下步驟：將硬釬料設置至碳結構的表面以及將該硬釬料及該碳結構進行硬釬焊。本發(fā)明的硬釬料與該碳結構進行硬釬焊后，硬釬料中如鈦、鉻、硅等活性元素會與該碳結構中碳元素發(fā)生化學反應，從而增強硬釬料與碳結構的結合強度。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及焊接方法碳結構表面金屬化的方法。 碳結構表面金屬化的方法

【背景技術】
[0002] 現(xiàn)有技術中，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 一個鎳或銅金屬層來實現(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 通過化學冶金的方式實現(xiàn)結合，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構表面金屬化的方法。
[0004] 一種碳結構表面金屬化的方法，包括以下步驟：將硬釬料設置至碳結構的表面以 及將該硬釬料及該碳結構進行硬釬焊。
[0005] 本發(fā)明的硬釬料與該碳結構進行硬釬焊后，硬釬料中如鈦、鉻、鋯、硅等活性元素 會與該碳結構中碳元素的會發(fā)生化學反應，從而增強硬釬料與碳結構的結合強度。
[0006] 為了能更進一步了解本發(fā)明的特征以及技術內(nèi)容，請參閱以下有關本發(fā)明的詳細 說明與附圖，然而所附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明較佳實施方式的碳結構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構與其表面的金屬片的組合體的局部剖視 結構示意圖，值得注意的是實際上各層的比例關系未必如圖所示。

【具體實施方式】
[0009] 下面結合附圖，通過對本發(fā)明的【具體實施方式】詳細描述，將使本發(fā)明的技術方案 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，而并不限定比例關系。
[0010] 本發(fā)明第一實施方式的碳結構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構的表面，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。上述碳結構可以是 石墨、碳和石墨粉末的混合物等。
[0012] 步驟2 :將上述設置有銀銅鈦硬釬料的碳結構放入真空度在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構。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 溫時間為15分鐘。在上述設置有銀銅鈦硬釬料的碳結構放入真空爐后，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)明第二實施方式的碳結構表面金屬化的方法包括以下步驟：
[0014] 步驟1 :將美國焊接協(xié)會（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構的表面。上述碳結構可以是石墨、碳和石墨粉末的 混合物等。
[0015] 步驟2 :將上述設置有BNi2硬釬料的碳結構放入真空度在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 硬釬焊至碳結構。優(yōu)選地，上述真空度在1.0ΧΚΓ 2帕，上述溫度為1KKTC，上述保溫時間 為30分鐘。在上述設置有BNi2硬釬料的碳結構放入真空爐后，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)明第三實施方式的碳結構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，均勻灑在該碳結構的表面。該碳結構可為環(huán)狀的石墨片。
[0018] 步驟2 :將上述設置有鈦鋯銅鎳硬釬料的碳結構放入真空度在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構。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 時間為20分鐘。在上述設置有鈦鋯銅鎳釬料的碳結構放入真空爐后，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)明第四實施方式的碳結構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構的表面，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:將上述設置有8附5硬釬料的碳結構放入真空度在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構。優(yōu)選地，上述真空度在1X10_3帕，上述溫度為1200°C，上述 保溫時間為20分鐘。在上述設置有銀銅鈦硬釬料的碳結構放入真空爐后，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)明第五實施方式的碳結構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構的表面，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 :將上述設置有BNi7硬釬料的碳結構放入氨分解網(wǎng)帶爐（Mesh Belt Furnace)中，帶速設定0. 1-0. 8m/s，最高釬焊溫度設定為800°C至1100°C，然后冷卻，以使 BNi7硬釬料硬釬焊至碳結構。優(yōu)選地，上述帶速設定0. 4m/s，最高釬焊溫度設定為1000°C。 實際上，上述氨分解網(wǎng)帶爐就是一個氣氛保護爐，其中的氣體還可以是氮氣、氫氣、氬氣、氦 氣、一氧化碳、二氧化碳、或其混合氣體等，不同氣體對應不同溫度。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，可有效對石墨片進行清洗。
[0026] 請結合圖1，通過以上多個實施方式可看出，本發(fā)明的碳結構與金屬片的焊接方法 實際上包括以下兩個步驟：
[0027] S10 :將硬釬料設置至碳結構的表面；以及
[0028] S20 :將該硬釬料及該碳結構進行硬釬焊。
[0029] 其中，步驟S20中硬釬料及碳結構被放置在真空度在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分鐘而進行硬釬焊。也可以理解，硬釬焊所持續(xù)的時間也可不限于上述時間 方位，比如，在上述第三實施方式中，時間也可超過30分鐘。
[0030] 請結合圖2,在上述的焊接方法中，硬釬料與該碳結構10進行硬釬焊后，硬釬料中 如鈦、鉻、鋯、硅等活性元素會與該碳結構中的碳元素發(fā)生化學反應。如此，硬釬料在該碳結 構表面硬釬焊后形成的硬釬料層20實際包括了兩個層，一個是靠近該碳結構10的由該硬 釬料與該碳結構10化學反應而成的反應層22,另一個是遠離該碳結構10的由該硬釬料自 身的組份反應而成的結合層24。由于發(fā)生了冶金反應，該反應層22與該碳結構10高度結 合的同時還與該結合層24高度結合。因此，主要由金屬元素構成的結合層24牢固地結合 至該碳結構10。既是說，硬釬料硬釬焊至該碳結構10后在該碳結構10表面形成了一個牢 固的金屬層，從而有利于后續(xù)與其它金屬材料的結合。
[0031] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，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、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1. 碳結構表面金屬化的方法，包括以下步驟： 將硬釬料設置至碳結構的表面； 將該硬釬料及該碳結構進行硬釬焊。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，選用石墨為該碳結構。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在將硬釬料設置至碳結構的表面之前， 還包括步驟：清洗該碳結構與該硬釬料接觸的表面。
4. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，在將硬釬料設置至碳結構的表面之前，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. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，將硬釬料設置至碳結構的表面包括通過網(wǎng) 版絲印的方式將該硬釬料設置至該碳結構的表面。
6. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，將硬釬料設置至碳結構的表面包括采用厚 度在0. 5毫米以下的聚脂絲網(wǎng)該網(wǎng)版絲印。
7. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，將硬釬料設置至碳結構的表面包括通過噴 射或噴灑的方式將該硬釬料設置至該碳結構的表面。
8. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，將該硬釬料及該碳結構進行硬釬焊包括將 該硬釬料及該碳結構被放置在真空度在1. 〇 X ΚΓ1帕以上，溫度為800°C以上的環(huán)境中而進 行硬釬焊。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，將該硬釬料及該碳結構進行硬釬焊包括將 該硬釬料及該碳結構所處的環(huán)境以每分鐘10至20度上升至所需的溫度。
10. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，將該硬釬料及該碳結構進行硬釬焊包括將 該硬釬料及該碳結構被放置在溫度為800°C以上的氣氛保護爐中進行硬釬焊。
11. 如權利要求10所述的方法，其特征在于，該氣氛保護爐包括氮氣、氫氣、氦氣、氦 氣、一氧化碳、二氧化碳、氨分解氣或其混合氣體。
12. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，在將該硬釬料及該碳結構進行硬釬焊的步 驟中，該硬釬料形成靠近該碳結構的反應層以及遠離該碳結構的結合層，該反應層由該硬 釬料與該碳結構化學反應而成，該結合層由該硬釬料自身的組份反應而成。
【文檔編號】B23K1/008GK104057170SQ201310091496
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月20日 優(yōu)先權日:2013年3月20日
【發(fā)明者】郭建軍, 鄒志平, 鄭宗暉, 杜志恒 申請人:深圳聯(lián)合焊接材料有限公司, 德昌電機(深圳)有限公司