Lemljenje keramike i metala

1. Lemljivost

Teško je lemiti keramiku i keramiku, kao i keramičke i metalne komponente. Većina lema formira kuglicu na keramičkoj površini, s malo ili nimalo vlaženja. Dodatni metal za lemljenje koji može navlažiti keramiku lako stvara razne krhke spojeve (poput karbida, silicida i ternarnih ili multivarijantnih spojeva) na spojnoj površini tijekom lemljenja. Prisutnost ovih spojeva utječe na mehanička svojstva spoja. Osim toga, zbog velike razlike u koeficijentima toplinskog širenja između keramike, metala i lema, nakon što se temperatura lemljenja ohladi na sobnu temperaturu, u spoju će postojati zaostalo naprezanje, što može uzrokovati pucanje spoja.

Kvašenje lema na keramičkoj površini može se poboljšati dodavanjem aktivnih metalnih elemenata uobičajenom lemu; Lemljenje na niskoj temperaturi i kratkom vremenu može smanjiti učinak reakcije na površini spoja; Toplinsko naprezanje spoja može se smanjiti dizajniranjem prikladnog oblika spoja i korištenjem jednoslojnog ili višeslojnog metala kao međusloja.

2. Lem

Keramika i metal se obično spajaju u vakuumskoj peći ili peći na vodik i argon. Osim općih karakteristika, dodatni metali za lemljenje vakuumskih elektroničkih uređaja trebaju imati i neke posebne zahtjeve. Na primjer, lem ne smije sadržavati elemente koji proizvode visoki tlak pare, kako ne bi uzrokovali dielektrično curenje i trovanje katode uređaja. Općenito se navodi da kada uređaj radi, tlak pare lema ne smije prelaziti 10-3Pa, a nečistoće visokog tlaka pare ne smiju prelaziti 0,002% ~ 0,005%; w(o) lema ne smije prelaziti 0,001%, kako bi se izbjeglo stvaranje vodene pare tijekom lemljenja u vodiku, što može uzrokovati prskanje rastaljenog metala lema; Osim toga, lem mora biti čist i bez površinskih oksida.

Prilikom lemljenja nakon keramičke metalizacije mogu se koristiti bakar, osnovni, srebrni bakar, zlatni bakar i drugi legirani metali za lemljenje.

Za izravno lemljenje keramike i metala, treba odabrati metale za lemljenje koji sadrže aktivne elemente Ti i Zr. Binarni metali za lemljenje su uglavnom Ti, Cu i Ti, koji se mogu koristiti na 1100 ℃. Među ternarnim lemovima, Ag, Cu, Ti (W) (TI) je najčešće korišteni lem, koji se može koristiti za izravno lemljenje različitih keramika i metala. Ternarni metal za lemljenje može se koristiti u obliku folije, praha ili eutektičkog metala za lemljenje Ag, Cu i Ti praha. Metal za lemljenje B-ti49be2 ima sličnu otpornost na koroziju kao nehrđajući čelik i nizak tlak pare. Može se preferirati u vakuumski brtvljenim spojevima s otpornošću na oksidaciju i curenje. Kod ti-v-cr lema, temperatura taljenja je najniža (1620 ℃) ​​kada je w (V) 30%, a dodatak Cr može učinkovito smanjiti raspon temperature taljenja. Lem B-ti47.5ta5 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 fluks za izravno spajanje keramike i metala.

Tablica 14 aktivni dodatni metali za lemljenje keramike i metala

2. Tehnologija lemljenja

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

(1) Univerzalni postupak lemljenja Univerzalni postupak lemljenja keramike i metala može se podijeliti u sedam postupaka: čišćenje površine, nanošenje paste, metalizacija keramičke površine, niklanje, lemljenje i inspekcija nakon zavarivanja.

Svrha površinskog čišćenja je uklanjanje mrlja od ulja, znoja i oksidnog filma s površine osnovnog metala. Metalni dijelovi i lem prvo se moraju odmastiti, zatim se oksidni film mora ukloniti pranjem kiselinom ili lužinom, oprati tekućom vodom i osušiti. Dijelovi s visokim zahtjevima moraju se toplinski obraditi u vakuumskoj peći ili vodikovoj peći (može se koristiti i metoda ionskog bombardiranja) na odgovarajućoj temperaturi i vremenu kako bi se očistila površina dijelova. Očišćeni dijelovi ne smiju doći u kontakt s masnim predmetima ili golim rukama. Treba ih odmah staviti u sljedeći proces ili u sušilicu. Ne smiju biti dugo izloženi zraku. Keramički dijelovi trebaju se očistiti acetonom i ultrazvukom, oprati tekućom vodom i na kraju dva puta prokuhati s deioniziranom vodom po 15 minuta svaki put.

Premazivanje pastom je važan proces metalizacije keramike. Tijekom premazivanja, nanosi se na keramičku površinu koja se metalizira četkom ili strojem za premazivanje pastom. Debljina premaza je obično 30 ~ 60 mm. Pasta se obično priprema od čistog metalnog praha (ponekad se dodaje odgovarajući metalni oksid) s veličinom čestica od oko 1 ~ 5 μm i organskog ljepila.

Pastirani keramički dijelovi šalju se u vodikovu peć i sinteriraju s vlažnim vodikom ili krekiranim amonijakom na 1300 ~ 1500 ℃ tijekom 30 ~ 60 minuta. Keramički dijelovi obloženi hidridima zagrijavaju se na oko 900 ℃ kako bi se hidridi razgradili i reagirali s čistim metalom ili titanom (ili cirkonijem) koji je ostao na keramičkoj površini kako bi se dobio metalni premaz na keramičkoj površini.

Za metalizirani sloj MoMn, kako bi se navlažio lemom, sloj nikla od 1,4 ~ 5 μm mora biti galvaniziran ili premazan slojem nikla u prahu. 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 sastavljaju u cjelinu pomoću kalupa od nehrđajućeg čelika ili grafita i keramike. Na spojevima se mora ugraditi lem, a radni komad mora biti čist tijekom cijelog postupka 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 se može izvoditi i pod određenim tlakom (oko 0,49 ~ 0,98 mpa).

Uz kontrolu kvalitete površine, lemljeni zavari moraju se podvrgnuti i kontroli toplinskog udara i mehaničkih svojstava. Brtveni dijelovi za vakuumske uređaje također moraju biti podvrgnuti ispitivanju nepropusnosti u skladu s relevantnim propisima.

(2) Izravno lemljenje Prilikom izravnog lemljenja (metoda aktivnog metala), prvo očistite površinu keramičkih i metalnih zavarenih dijelova, a zatim ih sastavite. Kako bi se izbjegle pukotine uzrokovane različitim koeficijentima toplinskog širenja sastavnih materijala, međusloj (jedan ili više slojeva metalnih limova) može se rotirati između zavarenih dijelova. Dodatni metal za lemljenje treba stegnuti između dva zavarena dijela ili postaviti na mjesto gdje je razmak što je više moguće ispunjen dodatnim metalom za lemljenje, a zatim se lemljenje provodi kao i obično vakuumsko lemljenje.

Ako se za izravno lemljenje koristi AgCuTi lem, treba primijeniti metodu lemljenja u vakuumu. Kada stupanj vakuuma u peći dosegne 2,7 ×, započnite zagrijavanje na 10-3 Pa, a temperatura u tom trenutku može brzo porasti; kada je temperatura blizu tališta lema, temperaturu treba polako podizati kako bi se temperatura svih dijelova zavara izjednačila; kada se lem otopi, temperaturu treba brzo podići na temperaturu lemljenja, a vrijeme zadržavanja treba biti 3 ~ 5 minuta; tijekom hlađenja, treba ga polako hladiti prije 700 ℃, a nakon 700 ℃ može se prirodno ohladiti u peći.

Kada se aktivni Ti-Cu lem izravno lemi, oblik lema može biti Cu folija plus Ti prah ili Cu dijelovi plus Ti folija, ili keramička površina može biti premazana Ti prahom plus Cu folijom. Prije lemljenja, svi metalni dijelovi moraju se degazirati vakuumom. Temperatura degaziranja bakra bez kisika mora biti 750 ~ 800 ℃, a Ti, Nb, Ta itd. moraju se degazirati na 900 ℃ tijekom 15 minuta. U tom trenutku, stupanj vakuuma ne smije biti manji od 6,7 × 10⁻³Pa. Tijekom lemljenja, sastavite komponente koje će se zavarivati ​​u armaturi, zagrijte ih u vakuumskoj peći na 900 ~ 1120 ℃, a vrijeme zadržavanja 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 lemljenja oksidom Metoda lemljenja oksidom 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 metalima. Oksidni dodatni metali za lemljenje uglavnom se sastoje od Al2O3, CaO, BaO i MgO. Dodavanjem B2O3, Y2O3 i ta2o3 mogu se dobiti dodatni metali za lemljenje s različitim talištem i koeficijentima linearnog širenja. Osim toga, fluoridni dodatni metali 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 visoke otpornosti na toplinu.