Kerámiák és fémek keményforrasztása

1. Forrasztás

A kerámia és kerámia, kerámia és fém alkatrészek keményforrasztása nehézkes.A forraszanyag nagy része golyót képez a kerámia felületen, kis mértékben vagy egyáltalán nem nedvesedik.A keményforrasztáshoz használt töltőanyag, amely képes nedvesíteni a kerámiákat, könnyen képes különféle rideg vegyületet (például karbidokat, szilicideket és három- vagy többváltozós vegyületeket) képezni a kötési felületen a keményforrasztás során.Ezeknek a vegyületeknek a létezése befolyásolja az ízület mechanikai tulajdonságait.Ezen túlmenően, a kerámia, fém és forraszanyag közötti hőtágulási együttható nagy különbsége miatt, a forrasztási hőmérséklet szobahőmérsékletre hűtése után a kötésben maradó feszültség keletkezik, ami a hézag repedését okozhatja.

A forraszanyag kerámia felületen való nedvesíthetősége javítható aktív fémelemek hozzáadásával a közönséges forraszanyaghoz;Az alacsony hőmérséklet és a rövid ideig tartó keményforrasztás csökkentheti az interfész reakció hatását;A hézag hőfeszültsége csökkenthető megfelelő fugaforma kialakításával, és közbenső rétegként egy- vagy többrétegű fém felhasználásával.

2. Forrasztás

A kerámiát és a fémet általában vákuumkemencében vagy hidrogén-argonkemencében kötik össze.Az általános jellemzők mellett a vákuumelektronikai eszközök keményforrasztási töltőanyagainak néhány speciális követelményt is meg kell felelniük.Például a forrasztóanyag nem tartalmazhat olyan elemeket, amelyek magas gőznyomást okoznak, hogy ne okozzák a dielektromos szivárgást és az eszközök katódmérgezését.Általában előírják, hogy amikor az eszköz működik, a forraszanyag gőznyomása nem haladhatja meg a 10-3pa értéket, és a nagy gőznyomású szennyeződések nem haladhatják meg a 0,002% ~ 0,005% értéket;A forraszanyag w (o) értéke nem haladhatja meg a 0,001%-ot, hogy elkerüljük a hidrogénben történő keményforrasztás során keletkező vízgőzt, amely az olvadt forrasztófém kifröccsenését okozhatja;Ezenkívül a forraszanyagnak tisztának és felületi oxidoktól mentesnek kell lennie.

A kerámia fémezés utáni keményforrasztásnál réz, alap, ezüst réz, arany réz és egyéb ötvözetű keményforrasztó töltőfémek használhatók.

Kerámiák és fémek közvetlen keményforrasztásához Ti és Zr aktív elemeket tartalmazó keményforrasztó töltőfémeket kell választani.A bináris töltőfémek főként Ti Cu és Ti Ni, amelyek 1100 ℃-on használhatók.A háromkomponensű forrasztóanyagok közül az Ag Cu Ti (W) (TI) a leggyakrabban használt forrasztóanyag, amely különféle kerámiák és fémek közvetlen keményforrasztására használható.A háromkomponensű töltőfém használható fóliával, porral vagy Ag Cu eutektikus töltőanyaggal Ti porral.A B-ti49be2 keményforrasztó töltőanyag a rozsdamentes acélhoz hasonló korrózióállósággal és alacsony gőznyomással rendelkezik.Előnyösen választható a vákuumtömítő hézagokban oxidáció- és szivárgásállósággal.A ti-v-cr forraszban az olvadáspont a legalacsonyabb (1620 ℃), amikor w (V) 30%, és a Cr hozzáadása hatékonyan csökkentheti az olvadási hőmérséklet-tartományt.A Cr nélküli B-ti47.5ta5 forrasztóanyagot alumínium-oxid és magnézium-oxid közvetlen keményforrasztására használták, és csatlakozása 1000 ℃ környezeti hőmérsékleten is működik.A 14. táblázat mutatja a kerámia és a fém közötti közvetlen összeköttetés aktív fluxusát.

14. táblázat Aktív keményforrasztási töltőanyagok kerámia- és fémforrasztáshoz

2. Forrasztási technológia

Az előfémezett kerámia keményforrasztható nagy tisztaságú inert gáz, hidrogén vagy vákuum környezetben.A vákuumforrasztást általában kerámiák fémezés nélküli közvetlen keményforrasztására használják.

(1) Univerzális keményforrasztási eljárás A kerámia és fém univerzális keményforrasztási folyamata hét folyamatra osztható: felülettisztítás, paszta bevonat, kerámia felület fémezés, nikkelezés, keményforrasztás és hegesztés utáni ellenőrzés.

A felülettisztítás célja az olajfolt, az izzadságfolt és az oxidréteg eltávolítása a nem nemesfém felületéről.A fém alkatrészeket és a forraszt először zsírtalanítani kell, majd savas vagy lúgos mosással eltávolítani az oxidréteget, folyó vízzel le kell mosni és szárítani.A magas követelményeket támasztó alkatrészeket vákuumkemencében vagy hidrogénkemencében kell hőkezelni (ionbombázásos módszer is alkalmazható) megfelelő hőmérsékleten és időben az alkatrészek felületének tisztítására.A megtisztított részek nem érintkezhetnek zsíros tárgyakkal vagy puszta kézzel.Ezeket azonnal be kell helyezni a következő folyamatba vagy a szárítóba.Nem szabad hosszú ideig kitenni a levegőnek.A kerámia részeket acetonnal és ultrahanggal meg kell tisztítani, folyó vízzel le kell mosni, végül ioncserélt vízzel kétszer 15 percig forralni.

A paszta bevonat a kerámia fémezésének fontos folyamata.A bevonat során ecsettel vagy paszta bevonógéppel visszük fel a fémezendő kerámia felületre.A bevonat vastagsága általában 30-60 mm.A pasztát általában tiszta fémporból állítják elő (néha megfelelő fém-oxidot adnak hozzá), körülbelül 1-5 um szemcsemérettel és szerves ragasztóanyaggal.

A ragasztott kerámia részeket hidrogénkemencébe küldik, és nedves hidrogénnel vagy krakkolt ammóniával szinterelik 1300-1500 ℃-on 30-60 percig.A hidridekkel bevont kerámia alkatrészeket körülbelül 900 ℃-ra kell melegíteni, hogy a hidrideket lebontsák, és reagáljanak a kerámia felületen visszamaradt tiszta fémmel vagy titánnal (vagy cirkóniummal), hogy fémbevonatot kapjanak a kerámia felületen.

A Mo Mn fémezett réteget, hogy a forraszanyaggal nedves legyen, egy 1,4–5 um vastagságú nikkelréteget galvanizálni kell, vagy nikkelpor réteggel kell bevonni.Ha a keményforrasztási hőmérséklet 1000 ℃ alatt van, a nikkelréteget előszinterelni kell hidrogénkemencében.A szinterezési hőmérséklet és idő 1000 ℃ /15 ~ 20 perc.

A kezelt kerámiák fém alkatrészek, amelyeket rozsdamentes acél vagy grafit és kerámia formákkal kell egésszé összeállítani.A forrasztást a csatlakozásoknál kell beépíteni, és a munkadarabot a művelet során tisztán kell tartani, és puszta kézzel nem szabad megérinteni.

A keményforrasztást argon-, hidrogén- vagy vákuumkemencében kell végezni.A forrasztási hőmérséklet a keményforrasztási töltőanyagtól függ.A kerámia részek repedésének elkerülése érdekében a hűtési sebesség nem lehet túl gyors.Ezenkívül a keményforrasztás bizonyos nyomást is kifejthet (körülbelül 0,49 ~ 0,98 mpa).

A keményforrasztott varratokat a felületminőség-ellenőrzésen túl hősokk- és mechanikai tulajdonságvizsgálatnak is alá kell vetni.A vákuumkészülékek tömítő részeit is szivárgásvizsgálatnak kell alávetni a vonatkozó előírások szerint.

(2) Közvetlen keményforrasztás közvetlen keményforrasztásnál (aktív fémmódszer), először tisztítsa meg a kerámia- és fémhegesztések felületét, majd szerelje össze.Az alkatrészek különböző hőtágulási együtthatóiból adódó repedések elkerülése érdekében a hegesztések között a pufferréteg (egy vagy több fémlemezréteg) forgatható.A keményforrasztási töltőfémet két hegesztés közé kell befogni, vagy arra a helyre kell helyezni, ahol a rés a lehető legnagyobb mértékben ki van töltve keményforrasztással, majd a keményforrasztást a szokásos vákuumforrasztáshoz hasonlóan kell elvégezni.

Ha Ag Cu Ti forrasztóanyagot használnak közvetlen keményforrasztáshoz, vákuumforrasztási módszert kell alkalmazni.Amikor a kemencében a vákuumfok eléri a 2,7 ×-et, indítsa el a fűtést 10-3 Pa-val, és a hőmérséklet ekkor gyorsan emelkedhet;Amikor a hőmérséklet közel van a forrasztás olvadáspontjához, a hőmérsékletet lassan kell emelni, hogy a hegesztési varrat minden részének hőmérséklete azonos legyen;Amikor a forrasztás megolvad, a hőmérsékletet gyorsan a keményforrasztási hőmérsékletre kell emelni, és a tartási időnek 3–5 percnek kell lennie;Hűtés közben lassan 700 ℃ előtt kell lehűteni, 700 ℃ után természetes módon hűthető kemencével.

Ha a Ti Cu aktív forrasztóanyagot közvetlenül keményforrasztják, a forrasztás formája lehet Cu fólia plusz Ti por vagy Cu részek plusz Ti fólia, vagy a kerámia felület bevonható Ti porral és Cu fóliával.Forrasztás előtt minden fém alkatrészt vákuummal gáztalanítani kell.Az oxigénmentes réz gáztalanítási hőmérséklete 750 ~ 800 ℃ legyen, és a Ti, Nb, Ta stb. gáztalanítását 900 ℃-on kell végezni 15 percig.Ekkor a vákuumfok nem lehet kisebb 6,7 × 10-3 Pa-nál. A keményforrasztás során szerelje össze a hegesztendő alkatrészeket a szerelvényben, melegítse fel a vákuumkemencében 900 ~ 1120 ℃-ra, a tartási idő pedig 2 ~ 5 perc.A teljes keményforrasztási folyamat során a vákuum mértéke nem lehet kisebb, mint 6,7 × 10-3 Pa.

A Ti Ni módszer keményforrasztási folyamata hasonló a Ti Cu módszeréhez, és a keményforrasztási hőmérséklet 900 ± 10 ℃.

(3) Oxidos keményforrasztási módszer Az oxidos keményforrasztási módszer egy olyan módszer, amellyel megbízható csatlakozást lehet megvalósítani az oxidforrasz megolvadásával képződő üvegfázis felhasználásával, hogy beszivárogjon a kerámiába és nedvesítse a fémfelületet.A kerámiát kerámiával, a kerámiát fémekkel képes összekötni.Az oxidos keményforrasztó töltőanyagok főként Al2O3-ból, Cao-ból, Bao-ból és MgO-ból állnak.B2O3, Y2O3 és ta2o3 hozzáadásával különböző olvadáspontú és lineáris tágulási együtthatójú keményforrasztási töltőfémek nyerhetők.Ezenkívül a CaF2-t és NaF-ot fő alkotóelemként tartalmazó fluoridos keményforrasztó töltőfémek kerámiák és fémek összekapcsolására is használhatók, hogy nagy szilárdságú és hőálló kötéseket kapjanak.