(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210906939.9 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 苏州大学 地址 215000 江苏省苏州市吴中区石湖西 路188号 (72)发明人 张敏　陈长军　隋利卫　沈贾佳　 (74)专利代理 机构 苏州市中南伟业知识产权代 理事务所(普通 合伙) 32257 专利代理师 夏苏娟 (51)Int.Cl. B23K 26/21(2014.01) B23K 26/70(2014.01) C03C 27/00(2006.01) (54)发明名称 添加钛作为过渡层实现玻璃与不锈钢的激 光封接方法 (57)摘要 本发明属于异质材料的封接技术领域， 具体 涉及一种添加钛作为过渡层实现玻璃与不锈钢 的激光封接方法， 该方法以Ag ‑Cu‑Sn作为焊料， 并添加Ti作为中间层， 进行激光封接， 制得 玻璃‑ 不锈钢封接体。 本发明封接过程中在玻璃和不锈 钢之引入焊料的同时引入了Ti作为功能梯度材 料， 有效减少了玻璃与金属之间热膨胀系数差异 过大造成的不匹配和物理性能差异造成的应力 释放问题和裂纹的萌生敏感性， 降低了他们之间 的热应力和界面压力， 并提高了金属与玻璃封接 体耐热冲击和热循环的容许极限。 权利要求书1页 说明书5页 CN 115213561 A 2022.10.21 CN 115213561 A 1.一种添加钛作为过渡层实现玻璃与不锈钢的激光封接方法， 其特征在于， 包括以下 步骤， S1： 根据待封 接的玻璃和不锈钢的尺寸、 形状， 设定加工 轨迹， 并进行焊接 夹具准备； S2： 对待封 接的玻璃和不锈钢进行封 接净化预处 理操作； S3： 将焊料均匀喷洒或者放置在不锈钢待封接的一侧， 在所述焊料上放置Ti箔片或者 喷洒Ti粉末； 所述焊料为Ag ‑Cu‑Sn粉末或Ag ‑Cu‑Sn箔片， 所述Ag ‑Cu‑Sn粉末或Ag‑Cu‑Sn箔 片中按原子百分比分数计包括如下组分： Ag ‑42.44at％Cu‑7.56at％Sn； S4： 将待封接的玻璃放置于配置好Ti和焊料的不锈钢上， 保证待封接的玻璃与不锈钢 紧密接触， 形成待封 接体； S5： 利用夹具夹持所述待封接体， 设定激光器激光加工参数， 激光器按照步骤S1设定的 加工轨迹对玻璃与不锈钢的交界处的焊料进行激光照射， 制得玻璃 ‑不锈钢封 接体； S6、 拆除焊接 夹具， 完成整个激光封 接操作流 程。 2.如权利要求1所述的添加钛作为过渡层实现玻璃与不锈钢的激光封接方法， 其特征 在于， 所述 步骤S2中， 封 接净化预处 理操作包括： 对待封接的不锈钢进行脱脂、 去油处 理后载进行 氧化处理； 对待封接的玻璃进行清水洗净， 然后冷却风干 。 3.如权利要求1所述的添加钛作为过渡层实现玻璃与不锈钢的激光封接方法， 其特征 在于， 所述焊料的厚度为20 ‑100 μm。 4.如权利要求1所述的添加钛作为过渡层实现玻璃与不锈钢的激光封接方法， 其特征 在于， 所述Ag ‑Cu‑Sn粉末的粒径为5 ‑50 μm。 5.如权利要求1所述的添加钛作为过渡层实现玻璃与不锈钢的激光封接方法， 其特征 在于， 所述 步骤S3中， 所述焊料为Ag ‑Cu‑Sn粉末时， 在焊料 上放置Ti箔片； 所述焊料为Ag ‑Cu‑Sn箔片时， 在焊料 上放置Ti箔片或者喷洒Ti粉末。 6.如权利要求1所述的添加钛作为过渡层实现玻璃与不锈钢的激光封接方法， 其特征 在于， 所述Ti粉末或所述Ti箔片的厚度为10 ‑30 μm。 7.如权利要求1所述的添加钛作为过渡层实现玻璃与不锈钢的激光封接方法， 其特征 在于： 所述 步骤S5中， 激光器采用波长为80 0‑1100nm。 8.如权利要求1所述的添加钛作为过渡层实现玻璃与不锈钢的激光封接方法， 其特征 在于： 所述步骤S5中， 激光器加工参数为激 光扫描速度80 ‑160mm·min‑1， 激光功率80 ‑160W， 脉冲宽度1.5 ‑3.0ms， 频率为5‑10Hz， 扫描次数为1 ‑3道。 9.如权利要求1所述的添加钛作为过渡层实现玻璃与不锈钢的激光封接方法， 其特征 在于： 所述 步骤S5中， 激光照射在保护气氛中进行。 10.一种权利要求1 ‑9中任一项所述的激光封 接方法制得的玻璃 ‑不锈钢封 接体。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115213561 A 2添加钛作 为过渡层实现玻璃与不锈钢的激光封接 方法 技术领域 [0001]本发明属于异质材料的封接技术领域， 具体涉及 一种添加钛作为过渡层实现玻璃 与不锈钢的激光封 接方法。 背景技术 [0002]玻璃与金属的封接体具有许多重要的性能， 是现代制造业中重要的关键零部件， 在国防、 军工、 日常生产和生活中扮演着十 分重要的角色。 玻璃与金属的封接多利用复合胶 条密封， 或利用槽铝丁基胶和聚硫胶密封， 实现玻璃与金属的封接是通过玻璃与密封条、 玻 璃条粘接、 密封。 或者对金属表面进 行氧化， 形成一层氧化膜之后， 于 保温炉中， 在高温条件 下， 长时间保温， 实现玻璃与金属的封接。 由于封接的时候温度高、 保温时间长， 不仅对玻璃 与金属的性能有损伤 ， 同时对生产效率和质量的控制也非常不便。 申请号为 CN201611206465.8的发明专利公开了一种玻璃与可伐合金的激光封接方法及封接体， 同样 是基于在玻璃与金属之 间引入了一个过渡层而实现的封接。 但是并不能完全解决玻璃金属 连接接头在焊后产生巨大的残 余热应力问题， 使得接头强度达不到预定标准。 因此， 仍需要 一种便捷、 可靠的封 接手段来实现玻璃与不锈钢的封 接。 [0003]Ag‑Cu‑Ti或者Ag ‑Cu是玻璃(陶瓷)与金属进行封接是常用的一种钎料， 但是封接 的时候很容易生成脆性的金属间化合物， 这样在热循环的作用下， 脆性金属件化合物就会 迅速的便薄且开始变得不均匀和不连续。 同时常规的Ag ‑Cu或者Ag ‑Cu‑Ti焊料得到的玻璃 与金属封接体中存在较大 的应力， 只适合在常温条件下工作， 否则就往往会导致裂纹的存 在。 所以要提高玻璃与金属封接体的服役性能， 尤其是在温度差较大的条件下， 从本质上就 是组织元素 的扩散和防止形成脆性的金属间化合物以及较少由于材料热膨胀系数的差异 所造成的应力破坏。 这样就可以提高其机 械性能和在热循环条件下服役的热 稳定性。 [0004]在钎料中， 由大量 的活性元素广泛的应用于金属与玻璃(或陶瓷)的钎焊， 如Cu基 钎料、 Ag基钎料等。 其中的元素Ti可以同玻璃(或陶瓷)反应形成一层具有金属特性的反应 层， 从而实现钎料同玻璃之 间良好阿结合。 然而， 要制备出可以在温度波动比较打的条件下 进行服役的玻璃与金属的封接体仍然面临着巨大的挑战。 由于玻璃和金属之间热膨胀系数 的差异而导致形成非常有害的残余应力集中。 众所周知， 热循环对残余应力的影响非常大。 当温度变化剧烈的时候， 残余应力就会迅速的累积增长。 高的残余应力就会成为裂纹源和 裂纹扩展的途径。 由此恶化了封接接头的机械性能， 从而造成封接头的失效。 同时活性元素 还有同基材的相关元素形成脆性金属间化合物的强烈倾向， 如同Fe、 Ni等元素极易形成脆 性金属间化合物。 如研究发现， 在Al2O3/Ag‑Cu‑Ti/Kovar(可伐合 金)进行钎焊的时候极易形 成脆性的Fe2Ti和Ni3Ti金属间化合物， 这一脆性金属件化合物的形成对接头的机械性 能是 非常有害的， 尤其是FexTiy相的形成直接回导致裂纹的形成， 甚至直接导致接头的失效。 由 于脆性金属件化合物的形成所造成的损失通常在热冲击或温度循环条件下会进一步的恶 化。 [0005]由上述可知， 要提高玻璃与金属封接体在热循环载荷下的稳定性， 采用中间层来说　明　书 1/5 页 3 CN 115213561 A 3