Kerámiák és fémek forrasztása

1. Forraszthatóság

Nehéz kerámia és kerámia, kerámia és fém alkatrészeket forrasztani. A forraszanyag nagy része golyót képez a kerámia felületén, kevés vagy semmilyen nedvesedés nélkül. A kerámiát nedvesítő forraszanyag a forrasztás során könnyen képezhet különféle rideg vegyületeket (például karbidokat, szilicideket és három- vagy többváltozós vegyületeket) a csatlakozási felületen. Ezen vegyületek jelenléte befolyásolja a kötés mechanikai tulajdonságait. Ezenkívül a kerámia, a fém és a forraszanyag közötti hőtágulási együtthatók nagy különbsége miatt a forrasztási hőmérséklet szobahőmérsékletre való lehűlése után maradék feszültség marad a csatlakozásban, ami a csatlakozás repedését okozhatja.

A forraszanyag nedvesíthetősége a kerámia felületen javítható aktív fém elemek hozzáadásával a közönséges forraszanyaghoz; Az alacsony hőmérsékletű és rövid idejű forrasztás csökkentheti a határfelületi reakció hatását; A kötés hőfeszültsége csökkenthető megfelelő kötési forma kialakításával és egy- vagy többrétegű fém közbenső rétegként való használatával.

2. Forrasztás

A kerámiát és a fémet általában vákuumkemencében vagy hidrogén-argon kemencében kötik össze. Az általános jellemzőkön túl a vákuumos elektronikus eszközök forrasztófémjeinek néhány speciális követelménynek is meg kell felelniük. Például a forrasztóanyag nem tartalmazhat nagy gőznyomást előidéző ​​elemeket, hogy elkerülje a dielektromos szivárgást és az eszközök katódmérgezését. Általános előírás, hogy az eszköz működése közben a forrasztóanyag gőznyomása nem haladhatja meg a 10-3pa-t, és a nagy gőznyomású szennyeződések mennyisége nem haladhatja meg a 0,002% ~ 0,005%-ot; a forrasztóanyag w(o)-tartalma nem haladhatja meg a 0,001%-ot, hogy elkerülje a hidrogénben történő forrasztás során keletkező vízgőzt, ami az olvadt forrasztóanyag fröccsenését okozhatja; Ezenkívül a forrasztóanyagnak tisztának és felületi oxidoktól mentesnek kell lennie.

Kerámia fémezés utáni forrasztáskor réz, alap, ezüstréz, aranyréz és más ötvözött forrasztó hozagfémek használhatók.

Kerámiák és fémek közvetlen forrasztásához olyan forrasztó hozaganyagokat kell választani, amelyek Ti és Zr aktív elemeket tartalmaznak. A bináris hozaganyagok főként Ti, Cu és Ti Ni, amelyek 1100 ℃-on használhatók. A háromkomponensű forraszok közül az Ag, Cu, Ti (W) (TI) a leggyakrabban használt forraszanyag, amely különféle kerámiák és fémek közvetlen forrasztásához használható. A háromkomponensű hozaganyag lehet fólia, por vagy Ag-Cu eutektikus hozaganyag Ti porral. A B-ti49be2 forrasztó hozaganyag hasonló korrózióállósággal és alacsony gőznyomással rendelkezik, mint a rozsdamentes acél. Előnyben részesíthető vákuumtömítő kötésekben, oxidációs és szivárgásállósággal. A ti-v-cr forrasztóanyagban az olvadási hőmérséklet a legalacsonyabb (1620 ℃), ha w (V) 30%, és a Cr hozzáadása hatékonyan csökkentheti az olvadási hőmérséklet tartományát. A krómmentes B-ti47.5ta5 forrasztóanyagot alumínium-oxid és magnézium-oxid közvetlen forrasztására használták, és a kötés 1000 ℃ környezeti hőmérsékleten működik. A 14. táblázat a kerámia és a fém közötti közvetlen csatlakozás aktív fluxusát mutatja.

14. táblázat: Aktív forrasztó hozaganyagok kerámia és fém forrasztáshoz

2. Forrasztási technológia

Az előfémezett kerámiák nagy tisztaságú inert gázban, hidrogénben vagy vákuumkörnyezetben forraszthatók. A vákuumforrasztást általában a kerámiák fémezés nélküli közvetlen forrasztására használják.

(1) Univerzális forrasztási eljárás A kerámia és fém univerzális forrasztási eljárása hét eljárásra osztható: felülettisztítás, pasztabevonatolás, kerámia felület fémezése, nikkelezés, forrasztás és hegesztés utáni ellenőrzés.

A felülettisztítás célja az olajfoltok, izzadságfoltok és oxidréteg eltávolítása a nemesfém felületéről. A fém alkatrészeket és a forrasztóanyagot először zsírtalanítani kell, majd az oxidréteget savas vagy lúgos mosással el kell távolítani, folyó vízzel le kell mosni és szárítani. A magas igényű alkatrészeket vákuumkemencében vagy hidrogénkemencében (ionbombázásos módszer is alkalmazható) megfelelő hőmérsékleten és ideig hőkezelni kell az alkatrészek felületének tisztítása érdekében. A megtisztított alkatrészek nem érintkezhetnek zsíros tárgyakkal vagy csupasz kézzel. Azokat azonnal a következő folyamatba vagy a szárítóba kell helyezni. Nem szabad hosszú ideig levegőn tartani. A kerámia alkatrészeket acetonnal és ultrahanggal kell tisztítani, folyó vízzel kell lemosni, majd végül kétszer ioncserélt vízben kell forralni, alkalmanként 15 percig.

A pasztabevonatolás a kerámia fémezésének fontos folyamata. A bevonás során a bevonatot ecsettel vagy pasztabevonó géppel viszik fel a fémezendő kerámia felületre. A bevonat vastagsága általában 30 ~ 60 mm. A pasztát általában tiszta fémporból (néha megfelelő fém-oxid hozzáadásával) készítik, amelynek részecskemérete körülbelül 1 ~ 5 μm, és szerves ragasztóanyagból.

A beragasztott kerámia alkatrészeket hidrogénkemencébe küldik, és nedves hidrogénnel vagy krakkolt ammóniával szinterelik 1300–1500 °C-on 30–60 percig. A hidridekkel bevont kerámia alkatrészeket körülbelül 900 °C-ra kell hevíteni, hogy a hidridek lebomoljanak, és reakcióba lépjenek a kerámia felületén maradt tiszta fémmel vagy titánnal (vagy cirkóniummal), így fémbevonatot képezve a kerámia felületén.

A MoMn fémbevonatú réteg forraszanyaggal való nedvesítéséhez 1,4 ~ 5 μm vastagságú nikkelréteget kell galvanizálni vagy nikkelpor réteggel bevonni. Ha a forrasztási hőmérséklet 1000 ℃ alatt van, a nikkelréteget hidrogénkemencében előszinterelni kell. A szinterelési hőmérséklet és idő 1000 ℃ / 15 ~ 20 perc.

A kezelt kerámiák fém alkatrészek, amelyeket rozsdamentes acél vagy grafit és kerámia öntőformákkal kell egésszé összeszerelni. A csatlakozásoknál forrasztóanyagot kell elhelyezni, a munkadarabot a művelet során tisztán kell tartani, és csupasz kézzel nem szabad megérinteni.

A forrasztást argon-, hidrogén- vagy vákuumkemencében kell végezni. A forrasztási hőmérséklet a forrasztó hozaganyagtól függ. A kerámia alkatrészek repedésének elkerülése érdekében a hűtési sebesség nem lehet túl gyors. Ezenkívül a forrasztás során bizonyos nyomást is alkalmazhatnak (kb. 0,49 ~ 0,98 MPa).

A felületminőség-ellenőrzés mellett a forrasztott hegesztett szerkezeteket hősokk- és mechanikai tulajdonságvizsgálatnak is alá kell vetni. A vákuumos berendezések tömítőelemeit a vonatkozó előírásoknak megfelelően szivárgásvizsgálatnak is alá kell vetni.

(2) Közvetlen forrasztás Közvetlen forrasztás (aktív fém módszer) esetén először meg kell tisztítani a kerámia és a fém hegesztett szerkezetek felületét, majd össze kell szerelni azokat. Az alkotóelemek eltérő hőtágulási együtthatói által okozott repedések elkerülése érdekében a pufferréteg (egy vagy több fémlemez réteg) elforgatható a hegesztett szerkezetek között. A forrasztófémet két hegesztett szerkezet közé kell szorítani, vagy olyan helyre kell helyezni, ahol a rést a lehető legjobban ki kell tölteni forrasztófémmel, majd a forrasztást a hagyományos vákuumforrasztáshoz hasonlóan kell elvégezni.

Ha Ag-Cu-Ti forrasztóanyagot használnak közvetlen forrasztáshoz, vákuumos forrasztási módszert kell alkalmazni. Amikor a kemencében a vákuum foka eléri a 2,7 × 10-3pa-t, a melegítés megkezdése után a hőmérséklet gyorsan emelkedhet; Amikor a hőmérséklet közel van a forrasztóanyag olvadáspontjához, a hőmérsékletet lassan kell emelni, hogy a hegesztett szerkezet minden részének hőmérséklete azonos legyen; Amikor a forrasztóanyag megolvadt, a hőmérsékletet gyorsan kell emelni a forrasztási hőmérsékletre, a tartási időnek 3-5 percnek kell lennie; Hűtés közben lassan kell hűteni 700 ℃-ra, majd 700 ℃ után természetes módon a kemencével hűthető.

Amikor a Ti-Cu aktív forraszanyagot közvetlenül forrasztják, a forraszanyag formája lehet rézfólia plusz titánpor vagy réz alkatrészek plusz titánfólia, vagy a kerámia felület bevonható titánporral és rézfóliával. Forrasztás előtt minden fém alkatrészt vákuummal gáztalanítani kell. Az oxigénmentes réz gáztalanítási hőmérsékletének 750 ~ 800 ℃-nak kell lennie, a Ti, Nb, Ta stb. fémeket pedig 900 ℃-on 15 percig gáztalanítani kell. Ekkor a vákuum mértéke nem lehet kevesebb, mint 6,7 × 10-3Pa. Forrasztás során a hegesztendő alkatrészeket össze kell szerelni a szerelvényben, vákuumkemencében 900 ~ 1120 ℃-ra kell melegíteni, a hőntartási idő 2 ~ 5 perc. A teljes forrasztási folyamat során a vákuum mértéke nem lehet kevesebb, mint 6,7 × 10-3Pa.

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

(3) Oxidos forrasztási módszer Az oxidos forrasztási módszer egy olyan módszer, amely megbízható kötést hoz létre azáltal, hogy az oxidforrasz olvadása során képződő üvegfázist a kerámiába behatolva és a fémfelületet nedvesítve használja fel. Kerámiát kerámiával, kerámiát pedig fémmel köt össze. Az oxidos forrasztó hozaganyagok főként Al₂O₃-ból, Cao-ból, Bao-ból és MgO-ból állnak. B₂O₃, Y₂O₃ és ta₂O₃ hozzáadásával különböző olvadáspontú és lineáris hőtágulási együtthatójú forrasztó hozaganyagok nyerhetők. Ezenkívül a CaF₂ és NaF fő összetevőket tartalmazó fluoridos forrasztó hozaganyagok is használhatók kerámiák és fémek összekapcsolására, nagy szilárdságú és nagy hőállóságú kötések létrehozása érdekében.