Lemljenje keramike i metala

1. Lemljivost

Teško je lemiti keramiku i keramičke, keramičke i metalne komponente.Većina lema formira kuglicu na keramičkoj površini, uz malo ili nimalo vlaženja.Dodatni metal za lemljenje koji može navlažiti keramiku lako formira različite krhke spojeve (kao što su karbidi, silicidi i ternarna ili multivarijantna jedinjenja) na spoju tokom lemljenja.Postojanje ovih jedinjenja utiče na mehanička svojstva zgloba.Osim toga, zbog velike razlike u koeficijentima toplinske ekspanzije 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.

Vlaženje lema na keramičkoj površini može se poboljšati dodavanjem aktivnih metalnih elemenata uobičajenom lemu;Niska temperatura i kratkotrajno lemljenje mogu smanjiti učinak reakcije sučelja;Termičko naprezanje spoja može se smanjiti dizajniranjem odgovarajućeg oblika spoja i korištenjem jednoslojnog ili višeslojnog metala kao međusloja.

2. Lemljenje

Keramika i metal se obično spajaju u vakuum peći ili peći na vodik i argon.Pored opštih karakteristika, dodatni metali za lemljenje za vakuumske elektronske uređaje takođe treba da imaju neke posebne zahteve.Na primjer, lem ne bi trebao sadržavati elemente koji proizvode visok tlak pare, kako ne bi uzrokovali curenje dielektrika i trovanje katode uređaja.Općenito je navedeno da kada uređaj radi, tlak pare lema ne smije prelaziti 10-3pa, a sadržane 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 tokom lemljenja u vodiku, što može uzrokovati prskanje rastopljenog metala za lemljenje;Osim toga, lem mora biti čist i bez površinskih oksida.

Prilikom lemljenja nakon metalizacije keramike, mogu se koristiti bakar, bazni, srebrni bakar, zlatni bakar i druge legure metala za lemljenje.

Za direktno lemljenje keramike i metala biraju se dodaci za lemljenje koji sadrže aktivne elemente Ti i Zr.Binarni dodatni metali su uglavnom Ti Cu i Ti Ni, koji se mogu koristiti na 1100 ℃.Među trojnim lemovima, Ag Cu Ti (W) (TI) je najčešće korišteni lem, koji se može koristiti za direktno lemljenje različitih keramika i metala.Trostruki metal za punjenje može se koristiti kao folija, prah ili Ag Cu eutektički metal za punjenje s Ti prahom.Dodatni metal za lemljenje B-ti49be2 ima sličnu otpornost na koroziju kao nerđajući čelik i nizak pritisak pare.Poželjno se može odabrati u spojevima za vakuumsko brtvljenje sa otpornošću na oksidaciju i curenje.U ti-v-cr lemu, temperatura topljenja je najniža (1620 ℃) ​​kada je w (V) 30%, a dodatak Cr može efikasno smanjiti raspon temperature topljenja.B-ti47.5ta5 lem bez Cr korišćen je za direktno lemljenje glinice i magnezijum oksida, a njegov spoj može raditi na temperaturi okoline od 1000 ℃.Tabela 14 prikazuje aktivni tok za direktnu vezu između keramike i metala.

Tabela 14 Dodatni metali za aktivno lemljenje za keramičko i metalno lemljenje

2. Tehnologija lemljenja

Predmetalizirana keramika se može lemiti u inertnom plinu visoke čistoće, vodiku ili vakuumu.Vakuumsko lemljenje se uglavnom koristi za direktno lemljenje keramike bez metalizacije.

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

Svrha površinskog čišćenja je uklanjanje mrlja od ulja, mrlja od znoja i oksidnog filma na površini osnovnog metala.Metalni dijelovi i lem se prvo odmašćuju, zatim se oksidni film uklanja ispiranjem kiselinom ili lužinom, opere tekućom vodom i osuši.Dijelovi sa visokim zahtjevima se termički obrađuju u vakuum peći ili peći na vodik (može se koristiti i metoda jonskog bombardiranja) na odgovarajućoj temperaturi i vremenu kako bi se površina dijelova pročistila.Očišćeni dijelovi ne smiju dodirivati ​​masne predmete ili gole ruke.Odmah se stavljaju u sljedeći proces ili u sušilicu.Ne smiju biti dugo izloženi zraku.Keramičke dijelove očistiti acetonom i ultrazvukom, oprati tekućom vodom i na kraju dva puta prokuhati dejoniziranom vodom po 15 minuta svaki put

Oblaganje pastom je važan proces metalizacije keramike.Prilikom nanošenja nanosi se na keramičku površinu koja se metalizira četkom ili mašinom za nanošenje paste.Debljina premaza je uglavnom 30 ~ 60 mm.Pasta se uglavnom priprema od čistog metalnog praha (ponekad se dodaje odgovarajući metalni oksid) veličine čestica od oko 1 ~ 5 um i organskog ljepila.

Zalijepljeni keramički dijelovi se šalju u peć na vodik i sinteruju sa mokrim vodonikom ili krekiranim amonijakom na 1300 ~ 1500 ℃ u trajanju od 30 ~ 60 min.Za keramičke dijelove obložene hidridima, oni se moraju zagrijati na oko 900 ℃ kako bi se hidridi razgradili i reagirali s čistim metalom ili titanom (ili cirkonijumom) koji je ostao na površini keramike kako bi se dobio metalni premaz na površini keramike.

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

Obrađena keramika su metalni dijelovi, koji se spajaju u cjelinu pomoću inox ili grafitnih i keramičkih kalupa.Lem se postavlja na spojeve, a radni predmet se održava čistim tokom čitave operacije i ne sme se dodirivati ​​golim rukama.

Lemljenje se izvodi u peći na argon, vodonik ili vakuum.Temperatura lemljenja zavisi od dodatnog metala 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 ~ 0,98mpa).

Uz provjeru kvaliteta površine, lemljeni zavari moraju biti podvrgnuti termičkom udaru i kontroli mehaničkih svojstava.Dijelovi za brtvljenje vakuumskih uređaja također moraju biti podvrgnuti ispitivanju nepropusnosti prema relevantnim propisima.

(2) Direktno lemljenje kod direktnog lemljenja (metoda aktivnog metala), prvo očistite površinu keramičkih i metalnih zavara, a zatim ih sastavite.Kako bi se izbjegle pukotine uzrokovane različitim koeficijentima toplinske ekspanzije komponentnih materijala, tampon sloj (jedan ili više slojeva metalnih limova) može se rotirati između zavarenih spojeva.Dodatni metal za lemljenje treba da se stegne između dva zavara ili da se postavi na mesto gde je otvor ispunjen dodatnim metalom za lemljenje što je više moguće, a zatim se lemljenje izvodi kao obično lemljenje u vakuumu.

Ako se Ag Cu Ti lem koristi za direktno lemljenje, potrebno je usvojiti metodu vakuumskog lemljenja.Kada stepen vakuuma u peći dostigne 2,7 × Počnite grijati na 10-3pa, a temperatura može brzo porasti u to vrijeme;Kada je temperatura blizu tačke topljenja lema, temperaturu treba polagano podizati kako bi temperatura svih delova zavara bila ista;Kada se lem otopi, temperatura će se brzo podići na temperaturu lemljenja, a vrijeme držanja će biti 3 ~ 5 min;Tokom hlađenja, hladi se polako prije 700 ℃, a može se prirodno hladiti u peći nakon 700 ℃.

Kada je Ti Cu aktivni lem direktno lemljen, oblik lemljenja 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 se degazirati vakuumom.Temperatura otplinjavanja bakra bez kiseonika treba da bude 750 ~ 800 ℃, a Ti, Nb, Ta, itd. treba da se degaziraju na 900 ℃ tokom 15 minuta.U ovom trenutku, stepen vakuuma ne smije biti manji od 6,7 × 10-3Pa。 Tokom lemljenja, sastavite komponente koje se zavaruju u učvršćenje, zagrijte ih u vakuumskoj peći na 900 ~ 1120 ℃, a vrijeme držanja je 2 ~ 5min.Tokom cijelog procesa lemljenja, stepen vakuuma ne smije biti manji od 6,7 × 10-3Pa.

Proces lemljenja kod Ti Ni metode je sličan onom kod Ti Cu metode, a temperatura lemljenja je 900 ± 10 ℃.

(3) Metoda oksidnog lemljenja Metoda oksidnog lemljenja je metoda za ostvarivanje pouzdane veze korištenjem staklene faze koja nastaje topljenjem oksidnog lema da se infiltrira u keramiku i navlaži metalnu površinu.Može povezati keramiku sa keramikom i keramiku sa metalima.Dodatni metali za lemljenje oksidom uglavnom se sastoje od Al2O3, Cao, Bao i MgO.Dodavanjem B2O3, Y2O3 i ta2o3 mogu se dobiti dodatni metali za lemljenje s različitim tačkama topljenja i koeficijentima linearne ekspanzije.Osim toga, fluoridni dodaci za lemljenje sa CaF2 i NaF kao glavnim komponentama mogu se koristiti i za spajanje keramike i metala kako bi se dobili spojevi visoke čvrstoće i visoke otpornosti na toplinu.