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, uz malo ili nimalo vlaženja. Dodatni metal za lemljenje koji može navlažiti keramiku lako formira razne krhke spojeve (kao što su karbidi, silicidi i ternarni ili multivarijantni spojevi) na spojnoj površini tokom lemljenja. Prisustvo ovih spojeva utiče 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 zaostali napon, 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; Termičko naprezanje spoja može se smanjiti dizajniranjem odgovarajućeg 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. Pored općih karakteristika, dodatni metali za lemljenje vakuumskih elektronskih uređaja trebaju imati i neke posebne zahtjeve. Na primjer, lem ne smije sadržavati elemente koji proizvode visoki pritisak pare, kako ne bi izazvali dielektrično curenje i trovanje katode uređaja. Općenito se navodi da kada uređaj radi, pritisak pare lema ne smije prelaziti 10-3Pa, a nečistoće visokog pritiska 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 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 direktno 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 direktno 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 pritisak pare. Može se preferirati u vakuumski zaptivnim spojevima s otpornošću na oksidaciju i curenje. Kod ti-v-cr lema, temperatura topljenja je najniža (1620 ℃) ​​kada je w (V) 30%, a dodatak Cr može efikasno smanjiti raspon temperature topljenja. Lem B-ti47.5ta5 bez Cr korišten je za direktno lemljenje aluminijevog oksida i magnezijevog oksida, a njegov spoj može raditi na temperaturi okoline od 1000 ℃. Tabela 14 prikazuje aktivni fluks za direktno spajanje između keramike i metala.

Tabela 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 uglavnom koristi za direktno lemljenje keramike bez metalizacije.

(1) Univerzalni proces lemljenja Univerzalni proces lemljenja keramike i metala može se podijeliti na sedam procesa: čišćenje površine, nanošenje paste, metalizacija keramičke površine, niklovanje, lemljenje i inspekcija nakon zavarivanja.

Svrha čišćenja površine je uklanjanje mrlja od ulja, znoja i oksidnog filma s površine osnovnog metala. Metalni dijelovi i lem prvo se moraju odmastiti, a zatim se oksidni film mora ukloniti pranjem kiselinom ili lužinom, oprati tekućom vodom i osušiti. Dijelovi s visokim zahtjevima trebaju se termički obraditi u vakuumskoj peći ili peći na vodik (može se koristiti i metoda bombardiranja ionima) 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. Tokom premazivanja, nanosi se na keramičku površinu koja se metalizira četkom ili mašinom za nanošenje paste. Debljina premaza je obično 30 ~ 60 mm. Pasta se obično priprema od čistog metalnog praha (ponekad se dodaje odgovarajući metalni oksid) sa veličinom čestica od oko 1 ~ 5 μm i organskog ljepila.

Pastirani keramički dijelovi se šalju u peć za vodik i sinteruju s vlažnim vodikom ili krekiranim amonijakom na temperaturi od 1300 ~ 1500 ℃ tokom 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, čime se dobiva metalni premaz na keramičkoj površini.

Za metalizirani sloj MoMn, kako bi se navlažio lemom, sloj nikla debljine 1,4 ~ 5um mora biti galvaniziran ili premazan slojem nikl praha. Ako je temperatura lemljenja niža od 1000 ℃, sloj nikla treba prethodno sinterirati u vodikovoj peći. Temperatura i vrijeme sinteriranja su 1000 ℃ / 15 ~ 20 minuta.

Tretirana keramika su metalni dijelovi koji se sastavljaju u cjelinu pomoću kalupa od nehrđajućeg čelika ili grafita i keramike. Lem se mora postaviti na spojeve, a radni komad se mora održavati čistim tokom cijelog rada i ne smije se dodirivati ​​golim rukama.

Lemljenje se provodi u peći sa argonom, vodikom ili vakuumom. Temperatura lemljenja zavisi od dodatnog metala za lemljenje. Kako bi se spriječilo pucanje keramičkih dijelova, brzina hlađenja ne smije biti prebrza. Osim toga, lemljenje se može izvoditi i pod određenim pritiskom (oko 0,49 ~ 0,98 MPa).

Pored inspekcije kvaliteta površine, lemljeni zavareni spojevi moraju biti podvrgnuti i inspekciji termičkog udara i mehaničkih svojstava. Zaptivni dijelovi za vakuumske uređaje također moraju biti podvrgnuti ispitivanju curenja u skladu s relevantnim propisima.

(2) Direktno lemljenje Prilikom direktnog lemljenja (metoda aktivnog metala), prvo se očisti površina keramičkih i metalnih zavarenih dijelova, a zatim se sastavljaju. Kako bi se izbjegle pukotine uzrokovane različitim koeficijentima termičkog širenja sastavnih materijala, međusloj (jedan ili više slojeva metalnih limova) može se rotirati između zavarenih dijelova. Dodatni metal za lemljenje treba biti stegnut između dva zavarena dijela ili postavljen na mjesto gdje je razmak što je više moguće ispunjen dodatnim metalom za lemljenje, a zatim se lemljenje treba izvršiti kao i obično vakuumsko lemljenje.

Ako se za direktno lemljenje koristi Ag-Cu-Ti lem, treba primijeniti metodu lemljenja u vakuumu. Kada stepen vakuuma u peći dostigne 2,7 ×, započnite zagrijavanje na 10-3 Pa, a temperatura može naglo porasti u tom trenutku. Kada je temperatura blizu tačke topljenja lema, temperaturu treba polako povećavati kako bi se temperatura svih dijelova zavara izjednačila. Kada se lem otopi, temperaturu treba brzo povećati do temperature lemljenja, a vrijeme zadržavanja treba biti 3 ~ 5 minuta. Tokom hlađenja, treba ga polako hladiti do 700 ℃, a nakon 700 ℃ može se prirodno hladiti u peći.

Kada se aktivni Ti-Cu lem direktno 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 degazacije bakra bez kisika treba biti 750 ~ 800 ℃, a Ti, Nb, Ta itd. moraju se degazirati na 900 ℃ tokom 15 minuta. U ovom trenutku, stepen vakuuma ne smije biti manji od 6,7 × 10-3Pa. Tokom lemljenja, sastavite komponente koje će se zavarivati ​​u uređaju, zagrijte ih u vakuumskoj peći na 900 ~ 1120 ℃, a vrijeme zadržavanja je 2 ~ 5 minuta. Tokom cijelog procesa lemljenja, stepen vakuuma ne smije biti manji od 6,7 × 10-3Pa.

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

(3) Metoda lemljenja oksidom Metoda lemljenja oksidom je metoda za ostvarivanje pouzdanog spoja korištenjem staklene faze nastale topljenjem oksidnog lema za infiltraciju u keramiku i vlaženje metalne površine. Može spajati keramiku s keramikom i keramiku s 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 linearnog širenja. Osim toga, dodatni metali za lemljenje fluoridom 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.