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基于人造视网膜植入器件的三氧化二铝陶瓷基片与Ti环的钎焊封接方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2022-11-15 09:27:56
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 郝建平 | 2022-11-15 16:20:08
基于人造视网膜植入器件的三氧化二铝陶瓷基片与金属Ti环钎焊封接方法，它属于焊接技术领域，具体涉及基于人造视网膜植入器件的Al2O3陶瓷基片与金属Ti环钎焊封接方法。本发明的目的是要解决现有真空钎焊时实现Al2O3陶瓷与金属Ti环连接采用TiNi钎料，会对人体产生损伤，且焊接温度较高的问题。封接方法：一、制备钎料片；二、清洗得到清洗后金属Ti环、清洗后Al2O3陶瓷片和清洗后Au‑Si钎料；三、Al2O3陶瓷表面金属化；四、金属Ti环表面金属化；五、封接，即完成人造视网膜植入器件的Al2O3陶瓷基片与金属Ti环钎焊封接。本发明主要用于人造视网膜植入器件的Al2O3陶瓷基片与金属Ti环钎焊封接。
封接：将清洗后Au-Si钎料置于金属化后Al2O3陶瓷片和金属化后金属Ti环之间，组成待焊装焊件，将待焊装焊件放置在真空钎焊炉中，当真空度达到1.50×10-5Pa～2.50×10-5Pa之后，在加热速度为8℃/min～12℃/min下加热至温度为390～420℃，并在温度为390～420℃下保温3min～5min，再控制冷却速度为5℃/min～10℃/min冷却至温度为80～120℃，然后随炉冷却至室温，即完成人造视网膜植入器件的Al2O3陶瓷基片与金属Ti环钎焊封接。
在人造视网膜结构中，Al2〇3陶瓷与金属Ti环的连接不仅要满足一定的连接强度和 气密性，而且还要使得整个连接接头具有生物相容性，即整个人造视网膜的结构中不得含 有对人体有害的成分。而现有技术无法满足人造视网膜结构中Al2〇3陶瓷与金属Ti环的连 接。
Al2〇3陶瓷与金属Ti具有优良的生物兼容性，己经在生物材料领域占领着重要地 位。目前，实现Al2〇3陶瓷与金属Ti连接的方法主要有扩散焊、钎焊等，其中钎焊法是研究最 多应用最广的连接方法。由于A1203陶瓷表面较难被活性金属钎料所润湿，为了实现Al2〇3陶 瓷和金属Ti的连接，需要对A1203陶瓷表面进行金属化处理。目前实现Al2〇3陶瓷与金属Ti的 钎焊连接方式均在较高的温度下实现连接。
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一、本发明采用的是Au-Si钎料，与其所采用的TiNi钎料相比，Au-Si 钎料具有生物相容性，不会对人体造成伤害，而TiNi钎料中由于Ni不具有生物相容性，使用 TiNi钎料连接的视网膜器件在植入人体后，会对人体产生损伤;二、由于所需要连接的A1203 陶瓷内部及表面布有金属导线，本发明采用Au-Si钎料在42CTC以下的温度实现Al2〇3陶瓷与 Ti环的连接，相比于使用Ti-Ni钎料在"0°C〜145〇°C实现连接，在400°C以下实现连接，不 会对Als〇3陶瓷内部及表面布有金属导线产生损伤，保证连接后的器件能正常工作。三、本发 明所在的连接温度在420°C以下，远低于金属Ti的相变再结晶温度880°C，采用TiNi钎料的 连接温度高于90(TC，金属Ti环发生相变再结晶，在连接之后，金属Ti环的晶粒粗大，严重影 响视网膜器件的可用性。四、本发明所采用的是的片状Au-Si奸料片，相对于使用由Ti-Ni粉 所制的焊膏涂敷连接，使用片状钎料片能保持在每个待连接部位钎料层的厚度是均一的， 而采用手工^方式涂敷的焊膏层则不能保证待焊接部位奸料层的厚度均一。五、本发明在 连接之前还采用磁控溅射的方式在Al2〇3陶瓷与Ti环表面沉积金属层，在陶瓷表面沉积金属 Ti层可以增强连接接头的强度，并且在沉积的Ti层和金属Ti环表面沉积金属Mo层可以增强 改善钎料在连接件表面额润湿性。六、本发明在Au-Si钎料和金属Ti环之间通过磁控溉射沉 积金属Mo层，不但可以阻止Au-Si钎料与金属Ti环发生过度反应，生成金属间化合物影响连 接接头的强度，而且可以保证金属Ti环的尺寸稳定性，保证连接之后的视网膜器件的结构 稳定。
技术合作
封接:将清洗后Au-Si钎料置于金属化后AhO3陶瓷片和金属化后金属了丨环之 间，组成待焊装焊件，将待焊装焊件放置在真空钎焊炉中，当真空度达到2 x l(T5pa之后，在 加热速度为l(TC/min下加热至温度为40(TC，并在温度为40(TC为下保温5min，再控制冷却 速度为8°C/min冷却至温度为1〇〇。(：，然后随炉冷却至室温，即完成人造视网膜植入器彳^的 Al2〇3陶瓷基片与金属Ti环钎焊封接。
本实施例步骤一中所述Au-Si钎料片的厚度为6〇Wn，且所述的Au-Si钎料片中如元 素的质量分数为97%，Si元素的质量分数为3%。
根据本发明所提供的方法，所连接得到的接头比较致密，且具有生物相容性，且连 接接头的剪切强度为23MPa。
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