Lemljenje keramike i metala

1. Mogućnost lemljenja

Teško je lemiti keramiku i keramičke, keramičke i metalne komponente.Većina lema oblikuje loptu na keramičkoj površini, s malo ili nimalo vlaženja.Dodatni metal za tvrdo lemljenje koji može smočiti keramiku lako stvara razne krte spojeve (kao što su karbidi, silicidi i trojni ili multivarijantni spojevi) na spojnoj površini tijekom lemljenja.Postojanje ovih spojeva utječe na mehanička svojstva spoja.Osim toga, zbog velike razlike koeficijenata toplinskog širenja između keramike, metala i lema, postojat će zaostalo naprezanje u spoju nakon što se temperatura lemljenja ohladi na sobnu temperaturu, što može uzrokovati pucanje spoja.

Močljivost lema na keramičkoj površini može se poboljšati dodavanjem aktivnih metalnih elemenata u uobičajeni lem;Niska temperatura i kratkotrajno lemljenje mogu smanjiti učinak reakcije sučelja;Toplinsko naprezanje spoja može se smanjiti projektiranjem odgovarajućeg oblika spoja i korištenjem jednoslojnog ili višeslojnog metala kao međusloja.

2. Lemljenje

Keramika i metal obično se spajaju u vakuumskoj peći ili peći na vodik i argon.Uz opće karakteristike, dodaci za tvrdo lemljenje vakuumskih elektroničkih uređaja također trebaju imati neke posebne zahtjeve.Na primjer, lem ne smije sadržavati elemente koji stvaraju visoki tlak pare, kako ne bi došlo do curenja dielektrika i katodnog trovanja uređaja.Općenito je određeno da kada uređaj radi, tlak pare lema ne smije premašiti 10-3pa, a sadržane nečistoće visokog tlaka pare ne smiju prelaziti 0,002% ~ 0,005%;W (o) lema ne smije premašiti 0,001%, kako bi se izbjegla vodena para koja se stvara tijekom lemljenja u vodiku, što može uzrokovati prskanje rastaljenog metala za lem;Osim toga, lem mora biti čist i bez površinskih oksida.

Kod tvrdog lemljenja nakon keramičke metalizacije mogu se koristiti bakar, baza, srebro bakar, zlato bakar i drugi legurni dodatni metali za lemljenje.

Za izravno lemljenje keramike i metala odabiru se dodaci za lemljenje koji sadrže aktivne elemente Ti i Zr.Binarni metali za punjenje su uglavnom Ti Cu i Ti Ni, koji se mogu koristiti na 1100 ℃.Među ternarnim lemovima, Ag Cu Ti (W) (TI) je najčešće korišteni lem, koji se može koristiti za izravno tvrdo lemljenje raznih keramika i metala.Ternarni metal za punjenje može se koristiti u obliku folije, praha ili Ag Cu eutektičkog metala za punjenje s Ti prahom.Dodatni metal za lemljenje B-ti49be2 ima sličnu otpornost na koroziju kao nehrđajući čelik i nizak tlak pare.Može se preferirano odabrati u spojevima za vakuumsko brtvljenje s otpornošću na oksidaciju i curenje.U ti-v-cr lemu, temperatura taljenja je najniža (1620 ℃) ​​kada je w (V) 30%, a dodavanje Cr može učinkovito smanjiti raspon temperature taljenja.B-ti47.5ta5 lem bez Cr korišten je za izravno lemljenje aluminijevog oksida i magnezijevog oksida, a njegov spoj može raditi na temperaturi okoline od 1000 ℃.Tablica 14 prikazuje aktivni tok za izravnu vezu između keramike i metala.

Tablica 14 aktivni dodaci za lemljenje za keramičko i metalno lemljenje

2. Tehnologija lemljenja

Prethodno metalizirana keramika može se lemiti u inertnom plinu visoke čistoće, vodiku ili vakuumu.Vakuumsko lemljenje općenito se koristi za izravno lemljenje keramike bez metalizacije.

(1) Univerzalni postupak lemljenja Univerzalni postupak lemljenja keramike i metala može se podijeliti u sedam procesa: čišćenje površine, premazivanje pastom, metalizacija keramičke površine, poniklavanje, lemljenje i pregled nakon zavarivanja.

Svrha površinskog čišćenja je uklanjanje mrlja od ulja, mrlja od znoja i oksidnog filma s površine osnovnog metala.Metalne dijelove i lem najprije treba odmastiti, zatim oksidni film ukloniti ispiranjem kiselinom ili lužinom, oprati tekućom vodom i osušiti.Dijelovi s visokim zahtjevima bit će toplinski obrađeni u vakuumskoj peći ili peći na vodik (također se može koristiti metoda ionskog bombardiranja) na odgovarajućoj temperaturi i vremenu kako bi se pročistila površina dijelova.Očišćeni dijelovi ne smiju doći u dodir s masnim predmetima ili golim rukama.Odmah ih treba staviti u sljedeći proces ili u sušionicu.Ne smiju biti dugo izloženi zraku.Keramički dijelovi moraju se očistiti acetonom i ultrazvukom, oprati tekućom vodom i na kraju prokuhati dva puta s deioniziranom vodom po 15 minuta svaki put

Premazivanje pastom je važan proces metalizacije keramike.Tijekom premazivanja nanosi se na keramičku površinu koju treba metalizirati kistom ili strojem za nanošenje paste.Debljina premaza je općenito 30 ~ 60 mm.Pasta se općenito priprema od čistog metalnog praha (ponekad se dodaje odgovarajući metalni oksid) s veličinom čestica od oko 1 ~ 5 um i organskog ljepila.

Zalijepljeni keramički dijelovi šalju se u vodikovu peć i sinteriraju s mokrim vodikom ili krekiranim amonijakom na 1300 ~ 1500 ℃ tijekom 30 ~ 60 minuta.Keramički dijelovi obloženi hidridima moraju se zagrijati na oko 900 ℃ kako bi se hidridi razgradili i reagirali s čistim metalom ili titanom (ili cirkonijem) preostalim na keramičkoj površini kako bi se dobila metalna prevlaka na keramičkoj površini.

Za Mo Mn metalizirani sloj, kako bi se nakvasio lemom, sloj nikla od 1,4 ~ 5 um mora biti galvaniziran ili presvučen slojem praha nikla.Ako je temperatura lemljenja niža od 1000 ℃, sloj nikla treba prethodno sinterirati u vodikovoj peći.Temperatura i vrijeme sinteriranja su 1000 ℃ /15 ~ 20 min.

Obrađena keramika su metalni dijelovi, koji se spajaju u cjelinu pomoću kalupa od nehrđajućeg čelika ili grafita i keramike.Lemljenje se postavlja na spojeve, a obradak se mora održavati čistim tijekom cijele operacije i ne smije se dodirivati ​​golim rukama.

Lemljenje se provodi u argonskoj, vodikovoj ili vakuumskoj peći.Temperatura lemljenja ovisi o dodatnom metalu za lemljenje.Kako bi se spriječilo pucanje keramičkih dijelova, brzina hlađenja ne smije biti prebrza.Osim toga, lemljenje također može primijeniti određeni pritisak (oko 0,49 ~ 0,98 mpa).

Uz inspekciju kvalitete površine, lemljeni zavareni dijelovi također moraju biti podvrgnuti termičkom udaru i inspekciji mehaničkih svojstava.Brtveni dijelovi za vakuumske uređaje također moraju biti podvrgnuti ispitivanju nepropusnosti prema relevantnim propisima.

(2) Izravno lemljenje Prilikom izravnog lemljenja (metoda aktivnog metala), prvo očistite površinu keramičkih i metalnih zavarenih spojeva, a zatim ih sastavite.Kako bi se izbjegle pukotine uzrokovane različitim koeficijentima toplinskog širenja sastavnih materijala, tamponski sloj (jedan ili više slojeva metalnih limova) može se rotirati između zavarenih spojeva.Dodatni metal za lemljenje mora biti stegnut između dva zavara ili postavljen na mjesto gdje je razmak ispunjen dodatnim metalom za lemljenje što je više moguće, a zatim će se lemljenje izvesti kao obično lemljenje pod vakuumom.

Ako se Ag Cu Ti lem koristi za izravno lemljenje, mora se usvojiti metoda lemljenja pod vakuumom.Kada stupanj vakuuma u peći dosegne 2,7 × Započnite zagrijavanje na 10-3pa, a temperatura u to vrijeme može brzo rasti;Kada je temperatura blizu tališta lema, temperaturu treba polagano podizati kako bi temperatura svih dijelova zavara bila jednaka;Kada se lem otopi, temperatura će se brzo podići do temperature lemljenja, a vrijeme zadržavanja mora biti 3 ~ 5 minuta;Tijekom hlađenja mora se polako hladiti prije 700 ℃, a može se hladiti prirodno s peći nakon 700 ℃.

Kada se Ti Cu aktivni lem izravno lemi, oblik lema može biti Cu folija plus Ti prah ili Cu dijelovi plus Ti folija, ili keramička površina može biti obložena Ti prahom plus Cu folijom.Prije lemljenja, svi metalni dijelovi moraju biti otplinjeni vakuumom.Temperatura otplinjavanja bakra bez kisika bit će 750 ~ 800 ℃, a Ti, Nb, Ta itd. moraju se otplinjavati na 900 ℃ tijekom 15 minuta.U to vrijeme, stupanj vakuuma ne smije biti manji od 6,7 × 10-3Pa。 Tijekom lemljenja sastavite komponente za zavarivanje u učvršćenju, zagrijte ih u vakuumskoj peći na 900 ~ 1120 ℃, a vrijeme držanja je 2 ~ 5 minuta.Tijekom cijelog procesa lemljenja, stupanj vakuuma ne smije biti manji od 6,7 × 10-3Pa.

Postupak lemljenja Ti Ni metodom sličan je postupku Ti Cu metode, a temperatura lemljenja je 900 ± 10 ℃.

(3) Metoda oksidnog lemljenja Metoda oksidnog lemljenja je metoda za postizanje pouzdanog spoja korištenjem staklene faze nastale taljenjem oksidnog lema za infiltraciju u keramiku i vlaženje metalne površine.Može spajati keramiku s keramikom i keramiku s metalom.Oksidni dodaci za lemljenje uglavnom se sastoje od Al2O3, Cao, Bao i MgO.Dodavanjem B2O3, Y2O3 i ta2o3 mogu se dobiti dodatni metali za tvrdo lemljenje s različitim talištem i koeficijentima linearnog širenja.Osim toga, fluoridni dodaci za lemljenje s CaF2 i NaF kao glavnim komponentama također se mogu koristiti za spajanje keramike i metala kako bi se dobili spojevi visoke čvrstoće i otpornosti na toplinu.