Trdo spajkanje keramike in kovin

1. Spajkanje

Težko je spajkati keramiko in keramične, keramične in kovinske komponente.Večina spajke oblikuje kroglico na keramični površini, z malo ali nič vlaženja.Dodatna kovina za trdo spajkanje, ki lahko zmoči keramiko, zlahka tvori različne krhke spojine (kot so karbidi, silicidi in trikomponentne ali večvariatne spojine) na spojni površini med spajkanjem.Obstoj teh spojin vpliva na mehanske lastnosti spoja.Poleg tega bo zaradi velike razlike koeficientov toplotnega raztezanja med keramiko, kovino in spajkami v spoju ostala napetost, potem ko se temperatura spajkanja ohladi na sobno temperaturo, kar lahko povzroči pokanje spoja.

Močljivost spajke na keramični površini lahko izboljšamo z dodajanjem aktivnih kovinskih elementov v navadno spajko;Nizka temperatura in kratkotrajno spajkanje lahko zmanjšata učinek reakcije vmesnika;Toplotno obremenitev spoja je mogoče zmanjšati z oblikovanjem ustrezne oblike spoja in uporabo eno- ali večslojne kovine kot vmesne plasti.

2. Spajkalnik

Keramika in kovina sta običajno povezani v vakuumski peči ali peči na vodik in argon.Dodatna kovina za spajkanje vakuumskih elektronskih naprav mora imeti poleg splošnih značilnosti tudi nekatere posebne zahteve.Na primer, spajka ne sme vsebovati elementov, ki proizvajajo visok parni tlak, da ne povzročijo dielektričnega puščanja in zastrupitve katod naprav.Na splošno je določeno, da ko naprava deluje, parni tlak spajke ne sme preseči 10-3pa, vsebovane nečistoče z visokim parnim tlakom pa ne smejo preseči 0,002 % ~ 0,005 %;W (o) spajke ne sme presegati 0,001 %, da se prepreči vodna para, ki nastane med spajkanjem v vodiku, kar lahko povzroči brizganje staljene spajkalne kovine;Poleg tega mora biti spajka čista in brez površinskih oksidov.

Pri spajkanju po keramični metalizaciji je mogoče uporabiti baker, baker, srebro baker, zlato baker in druge zlitine za spajkanje.

Za direktno spajkanje keramike in kovin se izberejo dodajna sredstva za spajkanje, ki vsebujejo aktivna elementa Ti in Zr.Binarne polnilne kovine so predvsem Ti Cu in Ti Ni, ki se lahko uporabljajo pri 1100 ℃.Med ternarnimi spajkami je najpogosteje uporabljena spajka Ag Cu Ti (W) (TI), ki se lahko uporablja za direktno trdo spajkanje različnih keramik in kovin.Ternarna polnilna kovina se lahko uporablja s folijo, prahom ali Ag Cu evtektičnim polnilom s Ti prahom.Dodatna kovina za trdo spajkanje B-ti49be2 ima podobno odpornost proti koroziji kot nerjavno jeklo in nizek parni tlak.Prednostno ga je mogoče izbrati v vakuumskih tesnilnih spojih z odpornostjo proti oksidaciji in puščanju.Pri spajkah ti-v-cr je temperatura taljenja najnižja (1620 ℃), ko je w (V) 30 %, dodatek Cr pa lahko učinkovito zmanjša temperaturni razpon taljenja.Spajka B-ti47.5ta5 brez Cr je bila uporabljena za neposredno spajkanje aluminijevega oksida in magnezijevega oksida, njen spoj pa lahko deluje pri temperaturi okolja 1000 ℃.Tabela 14 prikazuje aktivni tok za neposredno povezavo med keramiko in kovino.

Tabela 14 dodajnih kovin za aktivno trdo spajkanje za keramično in kovinsko spajkanje

Table 14 active brazing filler metals for ceramic and metal brazing

2. Tehnologija spajkanja

Predmetalizirano keramiko je mogoče spajkati v inertnem plinu visoke čistosti, vodiku ali vakuumu.Vakuumsko trdo spajkanje se običajno uporablja za direktno spajkanje keramike brez metalizacije.

(1) Univerzalni postopek trdega spajkanja Univerzalni postopek trdega spajkanja keramike in kovine lahko razdelimo na sedem postopkov: čiščenje površine, nanašanje paste, metalizacija keramične površine, nikljanje, spajkanje in pregled po varjenju.

Namen površinskega čiščenja je odstraniti madeže olja, znoja in oksidnega filma na površini navadne kovine.Kovinske dele in spajko najprej razmastimo, nato s kislinskim ali alkalnim pranjem odstranimo oksidni film, speremo s tekočo vodo in posušimo.Deli z visokimi zahtevami morajo biti toplotno obdelani v vakuumski peči ali vodikovi peči (uporabi se lahko tudi metoda ionskega obstreljevanja) pri ustrezni temperaturi in času, da se očisti površina delov.Očiščeni deli se ne smejo dotikati mastnih predmetov ali golih rok.Takoj jih damo v naslednji proces ali v sušilnik.Ne smejo biti dolgo časa na zraku.Keramične dele je treba očistiti z acetonom in ultrazvokom, sprati s tekočo vodo in na koncu dvakrat kuhati z deionizirano vodo po 15 minut.

Prevleka s pasto je pomemben proces keramične metalizacije.Med premazovanjem se nanese na keramično površino, ki jo metaliziramo, s čopičem ali strojem za nanašanje paste.Debelina prevleke je običajno 30 ~ 60 mm.Pasta je običajno pripravljena iz čistega kovinskega prahu (včasih je dodan ustrezen kovinski oksid) z velikostjo delcev približno 1 ~ 5 um in organskega lepila.

Prilepljeni keramični deli se pošljejo v vodikovo peč in sintrajo z mokrim vodikom ali razpokanim amoniakom pri 1300 ~ 1500 ℃ 30 ~ 60 minut.Za keramične dele, prevlečene s hidridi, jih je treba segreti na približno 900 ℃, da razgradijo hidride in reagirajo s čisto kovino ali titanom (ali cirkonijem), ki ostane na keramični površini, da dobimo kovinsko prevleko na keramični površini.

Za Mo Mn metalizirano plast je treba plast niklja 1,4 ~ 5 um galvanizirati ali prevleči s plastjo nikljevega prahu, da jo zmočimo s spajko.Če je temperatura spajkanja nižja od 1000 ℃, je treba plast niklja predhodno sintrati v vodikovi peči.Temperatura in čas sintranja sta 1000 ℃ /15 ~ 20 min.

Obdelana keramika so kovinski deli, ki jih z nerjavečimi ali grafitnimi in keramičnimi kalupi sestavimo v celoto.Na spojih je treba namestiti spajko, obdelovanec pa mora biti ves čas delovanja čist in se ga ne sme dotikati z golimi rokami.

Trdo spajkanje se izvede v argonski, vodikovi ali vakuumski peči.Temperatura trdega spajkanja je odvisna od dodane kovine za trdo spajkanje.Da bi preprečili pokanje keramičnih delov, hitrost ohlajanja ne sme biti prehitra.Poleg tega lahko spajkanje povzroči tudi določen pritisk (približno 0,49 ~ 0,98 mpa).

Poleg pregleda kakovosti površine morajo biti spajkani zvari izpostavljeni tudi termičnemu šoku in pregledu mehanskih lastnosti.Tesnilni deli za vakuumske naprave morajo biti prav tako predmet preskusa tesnjenja v skladu z ustreznimi predpisi.

(2) Neposredno spajkanje Pri neposrednem spajkanju (aktivna kovinska metoda) najprej očistite površino keramičnih in kovinskih zvarov in jih nato sestavite.Da bi se izognili razpokam, ki jih povzročajo različni koeficienti toplotnega raztezanja sestavnih materialov, se lahko vmesni sloj (ena ali več plasti kovinskih plošč) vrti med zvari.Dodatno kovino za trdo spajkanje je treba vpeti med dva zvara ali postaviti na mesto, kjer je reža čim bolj zapolnjena z dodajno kovino za trdo spajkanje, nato pa se trdo spajkanje izvede kot običajno vakuumsko spajkanje.

Če se za neposredno trdo spajkanje uporablja Ag Cu Ti spajka, je treba uporabiti metodo vakuumskega spajkanja.Ko stopnja vakuuma v peči doseže 2,7 × Začnite segrevati pri 10-3pa in temperatura lahko v tem času hitro naraste;Ko je temperatura blizu tališča spajke, je treba temperaturo počasi dvigovati, da bo temperatura vseh delov zvara enaka;Ko se spajka stopi, se temperatura hitro dvigne na temperaturo spajkanja, čas zadrževanja pa mora biti 3 ~ 5 minut;Med hlajenjem ga je treba počasi ohladiti pred 700 ℃, po 700 ℃ pa ga je mogoče naravno ohladiti s pečjo.

Ko je Ti Cu aktivna spajka neposredno spajkana, je lahko oblika spajke Cu folija plus Ti prah ali Cu deli plus Ti folija ali pa je keramična površina lahko prevlečena s Ti prahom plus Cu folijo.Pred spajkanjem je treba vse kovinske dele razpliniti z vakuumom.Temperatura razplinjevanja bakra brez kisika mora biti 750 ~ 800 ℃, Ti, Nb, Ta itd. se razplinjujejo pri 900 ℃ 15 minut.V tem času stopnja vakuuma ne sme biti nižja od 6,7 × 10-3Pa。 Med spajkanjem sestavite komponente, ki jih želite zvariti, v vpenjalo, jih segrejte v vakuumski peči na 900 ~ 1120 ℃, čas zadrževanja pa je 2 ~ 5 min.Med celotnim postopkom spajkanja stopnja vakuuma ne sme biti nižja od 6,7 × 10-3Pa.

Postopek trdega spajkanja pri metodi Ti Ni je podoben postopku pri metodi Ti Cu, temperatura spajkanja pa je 900 ± 10 ℃.

(3) Metoda oksidnega trdega spajkanja Metoda oksidnega trdega spajkanja je metoda za vzpostavitev zanesljive povezave z uporabo steklene faze, ki nastane s taljenjem oksidne spajke, da se infiltrira v keramiko in zmoči kovinsko površino.Lahko povezuje keramiko s keramiko in keramiko s kovino.Dodatna kovina za oksidno spajkanje je v glavnem sestavljena iz Al2O3, Cao, Bao in MgO.Z dodajanjem B2O3, Y2O3 in ta2o3 je mogoče pridobiti dodajne kovine za spajkanje z različnimi tališči in koeficienti linearne ekspanzije.Poleg tega se lahko fluoridna dodajna kovina za spajkanje s CaF2 in NaF kot glavnima komponentama uporablja tudi za povezovanje keramike in kovin, da se dobijo spoji z visoko trdnostjo in visoko toplotno odpornostjo.


Čas objave: 13. junij 2022