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CN117303931B - 一种过渡层粉体、过渡层及其制备方法与应用 - Google Patents

一种过渡层粉体、过渡层及其制备方法与应用

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CN117303931B
CN117303931B CN202311343917.7A CN202311343917A CN117303931B CN 117303931 B CN117303931 B CN 117303931B CN 202311343917 A CN202311343917 A CN 202311343917A CN 117303931 B CN117303931 B CN 117303931B
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Abstract

本发明涉及一种过渡层粉体、过渡层及其制备方法与应用，所述过渡层粉体的制备原料由钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝组成；以质量百分比计，所述过渡层粉体的制备原料中钨的质量百分比为75wt％以上；所述钨与氧化锰的质量比为8:1至20:1本发明提供的过渡层粉体的制备原料使用钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝，并控制钨与氧化锰的比例，使其在应用时能够在高纯氧化铝陶瓷基底上形成具有微小孔隙的钨骨架结构的过渡层，便于铜基钎料熔化进入过渡层的钨骨架孔隙形成钨铜熔渗效果，且具有润湿钨材料的效果，从而提升了纯度99wt％以上的高纯氧化铝陶瓷基底与钨材料之间的连接强度。

Description

一种过渡层粉体、过渡层及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及一种焊接过渡层，尤其涉及一种过渡层粉体、过渡层及其制备方法与应用。
背景技术
用于托马克装置的朗缪尔探针为纯钨材质，内部绝缘材料为纯度99wt％以上的高纯氧化铝陶瓷，二者由于材料的性质相差较大，进行焊接时属于异种材料连接，难度较大。现有技术是在陶瓷表面形成一层金属化过渡层，再采用钎焊的方式将二者连接在一起，但现有技术仍然存在缺陷。
GB874303A公开了一种用于与金属和合金结合的陶瓷部件，具有金属化混合物，形成一层扩散层，并牢固粘附到陶瓷部件上，所述金属化混合物包括由从钼、钨、铼和铁组成中选择的至少一种金属，和由从铬、钛和铌的氧化物组成中选择的至少一种氧化物组成的粉末；该扩散层由于主要元素以金属为主，无法与纯度99wt％以上高纯氧化铝陶瓷进行有效的扩散结合，只适用于氧化铝含量低于99wt％的陶瓷结合，且烧结温度需要达到1500℃以上才可以。
而且，现有技术提供的金属层的配方在高真空和高温环境中会产生流动、外渗甚至流失，导致接触面不均匀或破损，热导率和结合强度均存在大幅下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过渡层粉体、过渡层及其制备方法与应用，通过特定成分配比的过渡层粉体提高了其作为钎焊过渡材料的焊接改善效果，尤其改善了钨材料与高纯氧化铝陶瓷之间的钎焊效果。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种过渡层粉体，所述过渡层粉体的制备原料由钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝组成；
以质量百分比计，所述过渡层粉体的制备原料中钨的质量百分比为75wt％以上；
所述钨与氧化锰的质量比为8:1至20:1。
本发明提供的过渡层粉体的制备原料使用钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝，并控制钨与氧化锰的比例，使其在应用时能够在高纯氧化铝陶瓷基底上形成具有微小孔隙的钨骨架结构的过渡层，便于铜基钎料熔化进入过渡层的钨骨架孔隙形成钨铜熔渗效果，且具有润湿钨材料的效果，从而提升了纯度99wt％以上的高纯氧化铝陶瓷基底与钨材料之间的连接强度。
本发明中，所述过渡层粉体通过控制钨的含量以使过渡层粉体在应用时，能够充分发挥钨铜熔渗效果，具体的，以质量百分比计，所述过渡层粉体的制备原料中钨的质量百分比为75wt％以上，例如可以是75wt％、78wt％、80wt％、82wt％、85wt％、88wt％或90wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明中，过渡层粉体的制备原料中钨与氧化锰的质量比为8:1至20:1，例如可以是8:1、10:1、12:1、15:1、16:1、18:1或20:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，以质量百分比计，所述过渡层粉体的制备原料由75-85wt％的钨、4.5-7.5wt％的氧化锰、6.75-11.25wt％的二氧化硅与3.75-6.25wt％的三氧化二铝组成。
所述过渡层粉体的制备原料中，钨的质量百分数为75-85wt％，例如可以是75wt％、78wt％、80wt％、82wt％或85wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述过渡层粉体的制备原料中，氧化锰的质量百分数为4.5-7.5wt％，例如可以是4.5wt％、5wt％、5.5wt％、6wt％、6.5wt％、7wt％或7.5wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述过渡层粉体的制备原料中，二氧化硅的质量百分数为6.75-11.25wt％，例如可以是6.75wt％、7wt％、7.5wt％、8wt％、8.5wt％、9wt％、9.5wt％、10wt％、10.5wt％、11wt％或11.25wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述过渡层粉体的制备原料中，三氧化二铝的质量百分数为3.75-6.25wt％，例如可以是3.75wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％、5.5wt％、6wt％或6.25wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述过渡层粉体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：按配方量混合钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝，得到所述过渡层粉体。
优选地，所述混合的方法包括球磨混合。
本发明第二方面所述球磨混合采用的研磨球包括但不限于氧化锆球。
优选地，所述球磨混合的球料比为1:1至1.5:1，例如可以是1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1或1.5:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述球料比为研磨球与研磨料的质量比。
优选地，所述球磨混合的时间为45h至48h，例如可以是45h、45.5h、46h、46.5h、47h、47.5h或48h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
第三方面，本发明提供了一种过渡层，所述过渡层的制备原料包括粘结剂以及第一方面所述的过渡层粉体。
本发明提供的过渡层的制备原料，通过过渡层粉体与粘结剂的使用，能够在高纯氧化铝陶瓷基底上形成具有微小孔隙的钨骨架结构过渡层，便于铜基钎料熔化进入过渡层的钨骨架孔隙形成钨铜熔渗效果，且具有润湿钨材料的效果，从而提升了纯度99wt％以上的高纯氧化铝陶瓷基底与钨材料之间的连接强度。
优选地，所述粘结剂包括醇类溶剂与纤维素。
示例性的，所述醇类溶剂包括但不限于松油醇。
所述松油醇包括α-松油醇、β-松油醇或γ-松油醇中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括α-松油醇与β-松油醇的组合，β-松油醇与γ-松油醇的组合，α-松油醇与γ-松油醇的组合，或α-松油醇、β-松油醇与γ-松油醇的组合。
示例性的，所述纤维素包括但不限于乙基纤维素。
优选地，所述粘结剂包括均匀混合的醇类溶剂与纤维素。
本发明不对醇类溶剂与纤维素实现均匀混合的方法进行具体限定，只要能够实现均匀混合即可。示例性的，所述均匀混合的方法包括水浴加热并超声处理20h至24h，在此条件下，能够保证醇类溶剂与纤维素的均匀混合。
优选地，以质量百分数计，所述粘结剂中包括5wt％至15wt％的纤维素，例如可以是5wt％、6wt％、8wt％、10wt％、12wt％或15wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述粘结剂为过渡层粉体质量的33％至35％，例如可以是33％、33.5％、34％、34.5％或35％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
第四方面，本发明提供了一种第三方面所述过渡层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按配方量混合粘结剂与过渡层粉体，得到过渡层浆料；
(2)过渡层浆料涂覆于基底表面，依次经烘干与烧结，得到所述过渡层。
优选地，步骤(1)所述混合的方法包括球磨。
作为制备方法的优选技术方案，步骤(1)所述混合使用的球磨装置与制备过渡层粉体使用的球磨装置相同。即将粘结剂添加至制备过渡层粉体使用的球磨装置中，实现粘结剂与过渡层粉体的混合。
优选地，步骤(1)所述混合的球磨条件与制备过渡层粉体的球磨条件相同。
优选地，步骤(2)所述烘干的温度为60℃至80℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃或80℃，但不限于所列举数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述烘干的时间为10h至12h，例如可以是10h、10.5h、11h、11.5h或12h，但不限于所列举数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述烧结采用湿氢气氛，水温为30℃至35℃，例如可以是30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃，但不限于所列举数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述烧结为连续烧结。
优选地，所述连续烧结在连续烧结炉中进行。
示例性的，沿烧结样品的运动方向，所述连续烧结炉包括4个温区，分别为第一温区、第二温度、第三温区与第四温度，每个温区存在8个至9个烧结舟，每隔12min至18min推进一舟。
所述第一温区的温度为450℃至500℃，例如可以是450℃、460℃、470℃、480℃或500℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第二温区的温度为850℃至900℃，例如可以是850℃、860℃、880℃、890℃或900℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第三温区的温度为1250℃至1300℃，例如可以是1250℃、1260℃、1270℃、1280℃或1300℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第四温区的温度为1450℃至1500℃，例如可以是1450℃、1460℃、1480℃、1490℃或1500℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
在连续烧结炉中进行烧结时，推舟速度为12min/舟至18min/舟，例如可以是12min/舟、14min/舟、15min/舟、16min/舟或18min/舟，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述过渡层的厚度为30μm至40μm，例如可以是30μm、32μm、35μm、38μm或40μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
第五方面，本发明提供了一种第一方面所述过渡层粉体的应用，所述应用包括：过渡层粉体用于陶瓷基底与钨材料的钎焊连接。
优选地，所述应用包括如下步骤：
(I)混合粘结剂与过渡层粉体，得到过渡层浆料；
(II)过渡层浆料涂覆于陶瓷基底表面，依次经烘干与烧结，得到过渡层；
(III)将铜基钎焊料置于过渡层与钨材料，形成三明治结构，然后在还原气氛条件下进行烧结。
本发明提供的过渡层粉体通过控制其中的钨与氧化锰的质量比，配合二氧化硅与三氧化二铝的使用，使其在应用时能够形成具有微小孔隙钨骨架结构的过渡层，再利用与钨材料润湿性优异的铜基钎料对其进行钨铜熔渗及钎焊，这样既保证了钨材料与陶瓷基底之间的连接强度，同时也保证了二者之间的高温稳定性和热传导性能，从而提升了纯度99％以上的高纯氧化铝陶瓷基底与钨材料之间的连接强度。
优选地，步骤(I)所述粘结剂包括醇类溶剂与纤维素。
示例性的，所述醇类溶剂包括但不限于松油醇。
所述松油醇包括α-松油醇、β-松油醇或γ-松油醇中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括α-松油醇与β-松油醇的组合，β-松油醇与γ-松油醇的组合，α-松油醇与γ-松油醇的组合，或α-松油醇、β-松油醇与γ-松油醇的组合。
示例性的，所述纤维素包括乙基纤维素。
优选地，步骤(I)所述粘结剂包括均匀混合的醇类溶剂与纤维素。
优选地，以质量百分数计，步骤(I)所述粘结剂中包括5wt％至15wt％的纤维素，例如可以是5wt％、6wt％、8wt％、10wt％、12wt％或15wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(I)所述粘结剂为过渡层粉体质量的33％至35％，例如可以是33％、33.5％、34％、34.5％或35％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(II)所述烘干的温度为60℃至80℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃或80℃，但不限于所列举数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(II)所述烘干的时间为10h至12h，例如可以是10h、10.5h、11h、11.5h或12h，但不限于所列举数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(II)所述烧结采用湿氢气氛，水温为30℃至35℃，例如可以是30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃，但不限于所列举数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(II)所述烧结为连续烧结。
优选地，所述连续烧结在连续烧结炉中进行。
示例性的，沿烧结样品的运动方向，所述连续烧结炉包括4个温区，分别为第一温区、第二温度、第三温区与第四温度，每个温区存在8个至9个烧结舟，每隔12min至18min推进一舟。
所述第一温区的温度为450℃至500℃，例如可以是450℃、460℃、470℃、480℃或500℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第二温区的温度为850℃至900℃，例如可以是850℃、860℃、880℃、890℃或900℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第三温区的温度为1250℃至1300℃，例如可以是1250℃、1260℃、1270℃、1280℃或1300℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第四温区的温度为1450℃至1500℃，例如可以是1450℃、1460℃、1480℃、1490℃或1500℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
在连续烧结炉中进行烧结时，推舟速度为12min/舟至18min/舟，例如可以是12min/舟、14min/舟、15min/舟、16min/舟或18min/舟，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(II)所述过渡层的厚度为30μm至40μm，例如可以是30μm、32μm、35μm、38μm或40μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
示例性的，本发明步骤(III)所述烧结在管式炉中进行。
示例性的，步骤(III)所述还原气氛条件使用的气体包括但不限于氢气。
优选地，步骤(III)所述烧结时，使用钼材质工装对形成的三明治结构进行固定。
优选地，步骤(III)所述烧结的温度为1100℃至1170℃，时间为5min至15min。
步骤(III)所述烧结的温度为1100℃至1170℃，例如可以是1100℃、1110℃、1120℃、1130℃、1140℃、1150℃、1160℃或1170℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
步骤(III)所述烧结的时间为5min至15min，例如可以是5min、6min、8min、10min、12min或15min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的过渡层粉体的制备原料使用钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝，并控制钨与氧化锰的比例，使其在应用时能够形成具有微小孔隙的钨骨架结构过渡层，便于铜基钎料熔化进入过渡层的钨骨架孔隙形成钨铜熔渗效果，且具有润湿钨材料的效果，从而提升了纯度99wt％以上高纯氧化铝陶瓷基底与钨材料之间的连接强度；
(2)本发明提供的过渡层粉体应用于陶瓷基底与钨材料连接时，能够在陶瓷基底表面形成具有微小孔隙钨骨架结构的过渡层，再利用与钨材料润湿性优异的铜基钎料对其进行钨铜熔渗及钎焊，这样既保证了钨材料与陶瓷基底之间的连接强度，同时也保证了二者之间的高温稳定性和热传导性能，从而提升了纯度99％以上的高纯氧化铝陶瓷基底与钨材料之间的连接强度。
附图说明
图1为应用例3中，在Al2O3陶瓷基底表面形成过渡层后的断面示意图；
图2为应用例3中，Al2O3陶瓷基底与钨材料焊接后的断面示意图；
图3为对比应用例1中所得过渡层出现鼓泡、脱皮现象的图像；
图4为对比应用例1中，Al2O3陶瓷基底与钨材料焊接后的断面示意图；
图5为对比应用例2中，Al2O3陶瓷基底与钨材料焊接后的断面示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种过渡层粉体，以质量百分比计，所述过渡层粉体的制备原料由85.4wt％的钨、4.27wt％的氧化锰、6.75wt％的二氧化硅与3.58wt％的三氧化二铝组成。
本实施例中过渡层粉体的制备方法包括如下步骤：按配方量球磨混合钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝，得到所述过渡层粉体；
球磨混合的球料比为1.2:1，时间为46h。
实施例2
本实施例提供了一种过渡层粉体，以质量百分比计，所述过渡层粉体的制备原料由80wt％的钨、10wt％的氧化锰、6.75wt％的二氧化硅与3.25wt％的三氧化二铝组成。
本实施例中过渡层粉体的制备方法包括如下步骤：按配方量球磨混合钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝，得到所述过渡层粉体；
球磨混合的球料比为1.2:1，时间为46h。
实施例3
本实施例提供了一种过渡层粉体，以质量百分比计，所述过渡层粉体的制备原料由75wt％的钨、7.5wt％的氧化锰、11.25wt％的二氧化硅与6.25wt％的三氧化二铝组成。
本实施例中过渡层粉体的制备方法包括如下步骤：按配方量球磨混合钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝，得到所述过渡层粉体；
球磨混合的球料比为1.2:1，时间为46h。
实施例4
本实施例提供了一种过渡层粉体，以质量百分比计，所述过渡层粉体的制备原料由85wt％的钨、4.5wt％的氧化锰、6.75wt％的二氧化硅与3.75wt％的三氧化二铝组成。
本实施例中过渡层粉体的制备方法包括如下步骤：按配方量球磨混合钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝，得到所述过渡层粉体；
球磨混合的球料比为1.2:1，时间为46h。
实施例5
本实施例提供了一种过渡层粉体，以质量百分比计，所述过渡层粉体的制备原料由80wt％的钨、5wt％的氧化锰、10wt％的二氧化硅与5wt％的三氧化二铝组成。
本实施例中过渡层粉体的制备方法包括如下步骤：按配方量球磨混合钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝，得到所述过渡层粉体；
球磨混合的球料比为1:1，时间为48h。
实施例6
本实施例提供了一种过渡层粉体，以质量百分比计，所述过渡层粉体的制备原料由80wt％的钨、5wt％的氧化锰、10wt％的二氧化硅与5wt％的三氧化二铝组成。
本实施例中过渡层粉体的制备方法包括如下步骤：按配方量球磨混合钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝，得到所述过渡层粉体；
球磨混合的球料比为1.5:1，时间为45h。
对比例1
本对比例提供了一种过渡层粉体，以质量百分比计，所述过渡层粉体的制备原料由70wt％的钨、10.6wt％的氧化锰、13.8wt％的二氧化硅与5.6wt％的三氧化二铝组成。
本对比例中过渡层粉体的制备方法包括如下步骤：按配方量球磨混合钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝，得到所述过渡层粉体；
球磨混合的球料比为1.2:1，时间为46h。
对比例2
本对比例提供了一种过渡层粉体，以质量百分比计，所述过渡层粉体的制备原料由90wt％的钨、3wt％的氧化锰、4.5wt％的二氧化硅与2.5wt％的三氧化二铝组成。
本对比例中过渡层粉体的制备方法包括如下步骤：按配方量球磨混合钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝，得到所述过渡层粉体；
球磨混合的球料比为1.2:1，时间为46h。
应用例1
本应用例提供了一种实施例1提供的过渡层粉体的应用，所述应用为将过渡层粉体用于Al2O3陶瓷基底(纯度99wt％)与钨材料的钎焊连接，包括如下步骤：
(I)球磨混合粘结剂与过渡层粉体，得到过渡层浆料；粘结剂为过渡层粉体质量的34％；
球磨混合在实施例1使用的球磨装置中继续进行，球磨时间为48h；
所述粘结剂采用如下步骤制备得到：按照质量百分比为α-松油醇90％与乙基纤维素(麦克林，AR)10％进行混合，水浴加热并超声处理24小时，使松油醇与乙基纤维素均匀混合；
(II)过渡层浆料涂覆于Al2O3陶瓷基底表面，依次经烘干与烧结，得到厚度为35μm的过渡层；
所述烘干的温度为70℃，时间为11h；
所述烧结为连续烧结，在连续烧结炉进行，烧结采用湿氢气氛，水温为32℃；沿烧结样品的运动方向，所述连续烧结炉包括4个温区，分别为第一温区、第二温度、第三温区与第四温度，每个温区存在8个烧结舟，每隔15min推进一舟；所述第一温区的温度为480℃，第二温区的温度为880℃，第三温区的温度为1280℃，第四温区的温度为1480℃；
(III)将铜基钎焊料置于过渡层与钨材料，形成三明治结构，利用钨材质工装对形成的三明治结构进行固定，放置于管式炉中进行烧结，完成Al2O3陶瓷基底与钨材料的钎焊、熔渗连接；烧结气氛为氢气气氛，烧结温度为1150℃，时间为10min。
应用例2
本应用例提供了一种过渡层粉体的应用，除了过渡层粉体为实施例2提供的过渡层粉体外，其余均与应用例1相同。
本应用例中，球磨混合在实施例2使用的球磨装置中继续进行。
应用例3
本应用例提供了一种过渡层粉体的应用，除了过渡层粉体为实施例3提供的过渡层粉体外，其余均与应用例1相同。
本应用例中，球磨混合在实施例3使用的球磨装置中继续进行。
本应用例中，在Al2O3陶瓷基底表面形成过渡层后的断面示意图如图1所示，图1中的①区域表示Al2O3陶瓷基底，②区域表示过渡层中的玻璃相与陶瓷基体的扩散界面，③区域表示过渡层中的玻璃相与钨骨架的锯齿状连接处，④区域表示过渡层中的钨骨架。
由图1可知，本应用例中的过渡层既保证了过渡层与Al2O3陶瓷基底的连接性，又提供了钨骨架结构的外表面。
本应用例中，Al2O3陶瓷基底与钨材料焊接后的断面示意图如图2所示，由图2可知，铜钎料在高温下熔化，渗入钨骨架中，在填补钨骨架缝隙的同时，也在表层形成了铜层，便于铜层与钨材料之间进行润湿性的连接。
应用例4
本应用例提供了一种实施例3提供的过渡层粉体的应用，所述应用为将过渡层粉体用于Al2O3陶瓷基底(纯度99wt％)与钨材料的钎焊连接，包括如下步骤：
(I)球磨混合粘结剂与过渡层粉体，得到过渡层浆料；粘结剂为过渡层粉体质量的33％；
球磨混合在实施例3使用的球磨装置中继续进行，球磨时间为48h；
所述粘结剂采用如下步骤制备得到：按照质量百分比为α-松油醇95％与乙基纤维素(麦克林，AR)5％进行混合，水浴加热并超声处理24小时，使松油醇与乙基纤维素均匀混合；
(II)过渡层浆料涂覆于Al2O3陶瓷基底表面，依次经烘干与烧结，得到厚度为35μm的过渡层；
所述烘干的温度为60℃，时间为12h；
所述烧结为连续烧结，在连续烧结炉进行，烧结采用湿氢气氛，水温为35℃；沿烧结样品的运动方向，所述连续烧结炉包括4个温区，分别为第一温区、第二温度、第三温区与第四温度，每个温区存在8个烧结舟，每隔18min推进一舟；所述第一温区的温度为450℃，第二温区的温度为850℃，第三温区的温度为1250℃，第四温区的温度为1450℃；
(III)将铜基钎焊料置于过渡层与钨材料，形成三明治结构，利用钨材质工装对形成的三明治结构进行固定，放置于管式炉中进行烧结，完成Al2O3陶瓷基底与钨材料的钎焊、熔渗连接；烧结气氛为氢气气氛，烧结温度为1100℃，时间为15min。
应用例5
本应用例提供了一种实施例3提供的过渡层粉体的应用，所述应用为将过渡层粉体用于Al2O3陶瓷基底(纯度99wt％)与钨材料的钎焊连接，包括如下步骤：
(I)球磨混合粘结剂与过渡层粉体，得到过渡层浆料；粘结剂为过渡层粉体质量的35％；
球磨混合在实施例3使用的球磨装置中继续进行，球磨时间为48h；
所述粘结剂采用如下步骤制备得到：按照质量百分比为α-松油醇85％与乙基纤维素(麦克林，AR)15％进行混合，水浴加热并超声处理24小时，使松油醇与乙基纤维素均匀混合；
(II)过渡层浆料涂覆于Al2O3陶瓷基底表面，依次经烘干与烧结，得到厚度为35μm的过渡层；
所述烘干的温度为80℃，时间为10h；
所述烧结为连续烧结，在连续烧结炉进行，烧结采用湿氢气氛，水温为30℃；沿烧结样品的运动方向，所述连续烧结炉包括4个温区，分别为第一温区、第二温度、第三温区与第四温度，每个温区存在9个烧结舟，每隔12min推进一舟；所述第一温区的温度为500℃，第二温区的温度为900℃，第三温区的温度为1300℃，第四温区的温度为1500℃；
(III)将铜基钎焊料置于过渡层与钨材料，形成三明治结构，利用钨材质工装对形成的三明治结构进行固定，放置于管式炉中进行烧结，完成Al2O3陶瓷基底与钨材料的钎焊、熔渗连接；烧结气氛为氢气气氛，烧结温度为1170℃，时间为5min。
应用例6
本应用例提供了一种过渡层粉体的应用，除了过渡层粉体为实施例4提供的过渡层粉体外，其余均与应用例1相同。
本应用例中，球磨混合在实施例4使用的球磨装置中继续进行。
应用例7
本应用例提供了一种过渡层粉体的应用，除了过渡层粉体为实施例5提供的过渡层粉体外，其余均与应用例1相同。
本应用例中，球磨混合在实施例5使用的球磨装置中继续进行。
应用例8
本应用例提供了一种过渡层粉体的应用，除了过渡层粉体为实施例6提供的过渡层粉体外，其余均与应用例1相同。
本应用例中，球磨混合在实施例6使用的球磨装置中继续进行。
对比应用例1
本对比应用例提供了一种过渡层粉体的应用，除了过渡层粉体为对比例1提供的过渡层粉体外，其余均与应用例1相同。
本对比应用例中，球磨混合在对比例1使用的球磨装置中继续进行。
本对比应用例所得过渡层如图3所示，由图3可知，其存在鼓泡、脱皮现象；而且，钎焊后的过渡层与陶瓷基体之间存在明显的分层情况(参见图4)，几乎没有连接强度。
对比应用例2
本对比应用例提供了一种过渡层粉体的应用，除了过渡层粉体为对比例2提供的过渡层粉体外，其余均与应用例1相同。
本对比应用例中，球磨混合在对比例2使用的球磨装置中继续进行。
本对比应用例所得过渡层的断面图如图5所示，由图5可知，本对比应用例中过渡层存在过多的孔隙，使最终陶瓷基底与钨材料之间的连接强度较低。
性能表征
对应用例1-8以及对比应用例1-2中，完成钎焊连接的Al2O3陶瓷基底与钨材料的焊接强度进行测试，测试方法采用万能试验机参考GB/T 13683-1992《销剪切试验方法》进行；每组测试进行3次，测试结果取3次测试的平均值，如表1所示。
表1
横截面积(mm2) 拉伸力(KN) 抗剪强度(MPa)
应用例1 134 5.32 39.70
应用例2 134 3.23 24.10
应用例3 134 13.34 99.57
应用例4 134 13.41 100.1
应用例5 134 14.42 107.6
应用例6 134 14.38 107.3
应用例7 134 13.26 98.95
应用例8 134 13.18 98.36
对比应用例1 134 0.3 2.23
对比应用例2 134 1.4 10.45
由表1提供的数据可知，当过渡层粉体的组成满足钨的质量百分比为75wt％以上，且钨与氧化锰的质量比为8:1至20:1时，能够使纯度99wt％以上的高纯氧化铝陶瓷基底与钨材料之间的抗剪强度达到24MPa以上，该技术效果远超对比应用例1中的2.23MPa以及对比应用例2中的10.45MPa；进一步的，当过渡层粉体的组成满足，制备原料由75-85wt％的钨、4.5-7.5wt％的氧化锰、6.75-11.25wt％的二氧化硅与3.75-6.25wt％的三氧化二铝组成的条件时，能够使纯度99wt％以上的高纯氧化铝陶瓷基底与钨材料之间的抗剪强度达到98MPa以上。
综上所述，本发明提供的过渡层粉体的制备原料使用钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝，并控制钨与氧化锰的比例，使其在应用时能够在高纯氧化铝陶瓷基底上形成具有微小孔隙的钨骨架结构的过渡层，便于铜基钎料熔化进入过渡层的钨骨架孔隙形成钨铜熔渗效果，且具有润湿钨材料的效果，从而提升了纯度99wt％以上的高纯氧化铝陶瓷基底与钨材料之间的连接强度至20MPa以上，在优选方案中更是能够将连接强度提高至98MPa以上。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (17)

1.一种过渡层粉体的应用，其特征在于，所述应用包括如下步骤：
（I）混合粘结剂与过渡层粉体，得到过渡层浆料；
（II）过渡层浆料涂覆于陶瓷基底表面，依次经烘干与烧结，得到过渡层；
（III）将铜基钎焊料置于过渡层与钨材料，形成三明治结构，然后在还原气氛条件下进行烧结；
所述过渡层粉体用于陶瓷基底与钨材料的钎焊连接；
所述过渡层粉体的制备原料由钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝组成；
以质量百分比计，所述过渡层粉体的制备原料中钨的质量百分比为75wt%以上；
所述钨与氧化锰的质量比为8:1至20:1。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，以质量百分比计，所述过渡层粉体的制备原料由75-85wt%的钨、4.5-7.5wt%的氧化锰、6.75-11.25wt%的二氧化硅与3.75-6.25wt%的三氧化二铝组成。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述过渡层粉体的制备方法包括如下步骤：按配方量混合钨、氧化锰、二氧化硅与三氧化二铝，得到所述过渡层粉体。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述混合的方法包括球磨混合。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述球磨混合的球料比为1:1至1.5:1。
6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述球磨混合的时间为45h至48h。
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，其特征在于，所述过渡层粉体制备得到过渡层；所述过渡层的制备原料包括粘结剂以及权利要求1或2所述的过渡层粉体。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，其特征在于，所述过渡层的制备方法包括如下步骤：
（1）按配方量混合粘结剂与过渡层粉体，得到过渡层浆料；
（2）过渡层浆料涂覆于基底表面，依次经烘干与烧结，得到所述过渡层。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，步骤（1）所述混合的方法包括球磨。
10.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤（I）所述粘结剂包括醇类溶剂与纤维素。
11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，步骤（I）所述粘结剂包括均匀混合的醇类溶剂与纤维素。
12.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，以质量百分数计，步骤（I）所述粘结剂中包括5wt%至15wt%的纤维素。
13.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤（I）所述粘结剂为过渡层粉体质量的33%至35%。
14.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤（II）所述烘干的温度为60℃至80℃。
15.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤（II）所述烘干的时间为10h至12h。
16.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤（II）所述烧结采用湿氢气氛，水温为30℃至35℃。
17.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤（III）所述烧结的温度为1100℃至1170℃，时间为5min至15min。
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