Spájkovanie keramiky a kovov

1. Spájkovateľnosť

Je ťažké spájkovať keramické a keramické, keramické a kovové komponenty.Väčšina spájky tvorí guľu na keramickom povrchu s malým alebo žiadnym zmáčaním.Spájkovací výplňový kov, ktorý môže zmáčať keramiku, ľahko vytvára rôzne krehké zlúčeniny (ako sú karbidy, silicidy a ternárne alebo viacrozmerné zlúčeniny) na rozhraní spoja počas spájkovania.Existencia týchto zlúčenín ovplyvňuje mechanické vlastnosti spoja.Okrem toho v dôsledku veľkého rozdielu koeficientov tepelnej rozťažnosti medzi keramikou, kovom a spájkou bude po ochladení teploty spájkovania na izbovú teplotu v spoji zvyškové napätie, čo môže spôsobiť praskanie spoja.

Zmáčavosť spájky na keramickom povrchu je možné zlepšiť pridaním aktívnych kovových prvkov do bežnej spájky;Nízka teplota a krátke spájkovanie môže znížiť účinok reakcie rozhrania;Tepelné namáhanie spoja možno znížiť navrhnutím vhodnej formy spoja a použitím jednovrstvového alebo viacvrstvového kovu ako medzivrstvy.

2. Spájka

Keramika a kov sú zvyčajne spojené vo vákuovej peci alebo vodíkovej a argónovej peci.Okrem všeobecných charakteristík by mali mať spájkovacie kovy pre vákuové elektronické zariadenia aj niektoré špeciálne požiadavky.Spájka by napríklad nemala obsahovať prvky, ktoré vytvárajú vysoký tlak pár, aby nespôsobili únik dielektrika a otravu zariadení katódou.Vo všeobecnosti sa uvádza, že keď zariadenie pracuje, tlak pár spájky nesmie prekročiť 10-3pa a obsiahnuté nečistoty s vysokým tlakom pár nesmú prekročiť 0,002 % ~ 0,005 %;W (o) spájky nesmie presiahnuť 0,001 %, aby sa zabránilo vzniku vodnej pary počas spájkovania natvrdo vo vodíku, ktorá môže spôsobiť striekanie roztaveného spájkovacieho kovu;Spájka musí byť navyše čistá a bez povrchových oxidov.

Pri spájkovaní po metalizácii keramiky možno použiť meď, bázu, striebro meď, zlatú meď a iné zliatinové spájkovacie kovy.

Na priame spájkovanie keramiky a kovov sa musia zvoliť prídavné kovy na tvrdé spájkovanie obsahujúce aktívne prvky Ti a Zr.Binárne prídavné kovy sú hlavne Ti Cu a Ti Ni, ktoré možno použiť pri 1100 ℃.Spomedzi ternárnych spájok je najčastejšie používanou spájkou Ag Cu Ti (W) (TI), ktorú možno použiť na priame spájkovanie rôznych keramických materiálov a kovov.Ternárny prídavný kov môže byť použitý vo forme fólie, prášku alebo Ag Cu eutektického prídavného kovu s Ti práškom.Spájkovací kov B-ti49be2 má podobnú odolnosť proti korózii ako nehrdzavejúca oceľ a nízky tlak pár.Možno ho prednostne zvoliť vo vákuovo tesniacich spojoch s odolnosťou proti oxidácii a úniku.V spájke ti-v-cr je teplota topenia najnižšia (1620 ℃), keď je w (V) 30% a pridanie Cr môže účinne znížiť rozsah teplôt topenia.Spájka B-ti47.5ta5 bez Cr sa používa na priame spájkovanie oxidu hlinitého a oxidu horečnatého a jej spoj môže pracovať pri teplote okolia 1000 ℃.Tabuľka 14 ukazuje aktívny tok pre priame spojenie medzi keramikou a kovom.

Tabuľka 14 aktívne spájkovacie prídavné kovy pre keramické a kovové spájkovanie

2. Technológia spájkovania

Vopred metalizovaná keramika môže byť spájkovaná vo vysoko čistom inertnom plyne, vodíku alebo vákuovom prostredí.Vákuové spájkovanie sa všeobecne používa na priame spájkovanie keramiky bez pokovovania.

(1) Univerzálny proces tvrdého spájkovania Univerzálny proces spájkovania keramiky a kovu možno rozdeliť do siedmich procesov: čistenie povrchu, nanášanie pasty, metalizácia keramického povrchu, niklovanie, spájkovanie a kontrola po zváraní.

Účelom povrchového čistenia je odstrániť olejové škvrny, škvrny od potu a oxidový film na povrchu základného kovu.Kovové časti a spájku je potrebné najskôr odmastiť, potom kyslým alebo zásaditým premytím odstrániť oxidový film, umyť tečúcou vodou a vysušiť.Diely s vysokými požiadavkami musia byť tepelne spracované vo vákuovej peci alebo vodíkovej peci (možno použiť aj metódu bombardovania iónmi) pri vhodnej teplote a čase, aby sa vyčistil povrch dielov.Vyčistené časti sa nesmú dostať do kontaktu s mastnými predmetmi alebo holými rukami.Ihneď sa vložia do ďalšieho procesu alebo do sušičky.Nesmú byť dlhodobo vystavené vzduchu.Keramické časti sa očistia acetónom a ultrazvukom, umyjú sa tečúcou vodou a nakoniec sa dvakrát povaria v deionizovanej vode vždy 15 minút

Poťahovanie pastou je dôležitý proces pokovovania keramiky.Počas poťahovania sa nanáša na keramický povrch, ktorý sa má pokovovať, pomocou štetca alebo stroja na poťahovanie pastou.Hrúbka povlaku je zvyčajne 30 ~ 60 mm.Pasta sa vo všeobecnosti pripravuje z čistého kovového prášku (niekedy sa pridáva vhodný oxid kovu) s veľkosťou častíc asi 1 ~ 5 um a organického lepidla.

Lepené keramické časti sa posielajú do vodíkovej pece a spekajú sa s vlhkým vodíkom alebo krakovaným amoniakom pri 1300 ~ 1500 ℃ počas 30 ~ 60 minút.V prípade keramických častí potiahnutých hydridmi sa tieto zahrejú na približne 900 °C, aby sa hydridy rozložili a reagovali s čistým kovom alebo titánom (alebo zirkónom), ktoré zostali na keramickom povrchu, aby sa na keramickom povrchu získal kovový povlak.

Pre metalizovanú vrstvu Mo Mn, aby sa zmáčala spájkou, musí byť niklová vrstva 1,4 ~ 5 um galvanicky pokovovaná alebo potiahnutá vrstvou niklového prášku.Ak je teplota spájkovania nižšia ako 1000 ℃, vrstva niklu sa musí predspekať vo vodíkovej peci.Teplota a čas spekania sú 1000 ℃ /15 ~ 20 min.

Opracovaná keramika sú kovové diely, ktoré sa spoja do celku nerezovými alebo grafitovými a keramickými formami.Spájka musí byť inštalovaná na spojoch a obrobok musí byť počas operácie čistý a nesmie sa ho dotýkať holými rukami.

Spájkovanie sa vykonáva v argónovej, vodíkovej alebo vákuovej peci.Teplota spájkovania závisí od prídavného kovu na tvrdé spájkovanie.Aby sa zabránilo praskaniu keramických častí, rýchlosť chladenia by nemala byť príliš vysoká.Okrem toho môže spájkovanie tiež vyvinúť určitý tlak (asi 0,49 ~ 0,98 mpa).

Spájkované zvarence sa okrem kontroly kvality povrchu podrobia aj tepelným šokom a kontrole mechanických vlastností.Tesniace časti pre vákuové zariadenia musia byť tiež podrobené skúške tesnosti podľa príslušných predpisov.

(2) Priame spájkovanie pri priamom spájkovaní (metóda aktívneho kovu), najskôr očistite povrch keramických a kovových zvarencov a potom ich zmontujte.Aby sa predišlo prasklinám spôsobeným rozdielnymi koeficientmi tepelnej rozťažnosti materiálov komponentov, medzi zvarencami možno otáčať tlmiacu vrstvu (jedna alebo viac vrstiev kovových plechov).Spájkovaný prídavný kov sa upne medzi dva zvarence alebo sa umiestni na miesto, kde je medzera vyplnená spájkovacím prídavným kovom pokiaľ je to možné, a potom sa spájkovanie vykoná ako bežné vákuové spájkovanie.

Ak sa na priame spájkovanie používa spájka Ag Cu Ti, musí sa použiť metóda vákuového spájkovania.Keď stupeň vákua v peci dosiahne 2,7 × Začnite zahrievať pri 10-3pa a teplota môže v tomto čase rýchlo stúpať;Keď je teplota blízka bodu topenia spájky, teplota by sa mala zvyšovať pomaly, aby teplota všetkých častí zvaru mala tendenciu byť rovnaká;Keď sa spájka roztopí, teplota sa rýchlo zvýši na teplotu spájkovania a doba výdrže bude 3 ~ 5 minút;Počas chladenia sa musí pomaly ochladzovať pred 700 ℃ a po 700 ℃ sa môže prirodzene ochladiť v peci.

Keď je aktívna spájka Ti Cu priamo spájkovaná, forma spájky môže byť Cu fólia plus Ti prášok alebo Cu diely plus Ti fólia, alebo môže byť keramický povrch potiahnutý Ti práškom plus Cu fóliou.Pred spájkovaním musia byť všetky kovové časti odplynené vákuom.Teplota odplyňovania bezkyslíkatej medi musí byť 750 ~ 800 ℃ a Ti, Nb, Ta atď. sa musia odplyňovať pri 900 ℃ počas 15 minút.V tomto čase by stupeň vákua nemal byť menší ako 6,7 × 10-3 Pa. Počas spájkovania zostavte komponenty, ktoré sa majú zvárať, v prípravku, zahrejte ich vo vákuovej peci na 900 ~ 1120 ℃ a čas zdržania je 2 ~ 5 min.Počas celého procesu spájkovania nesmie byť stupeň vákua menší ako 6,7 × 10-3Pa.

Proces spájkovania pri metóde Ti Ni je podobný ako pri metóde Ti Cu a teplota spájkovania je 900 ± 10 ℃.

(3) Metóda oxidového spájkovania Metóda oxidového spájkovania je metóda na realizáciu spoľahlivého spojenia pomocou sklenenej fázy vytvorenej roztavením oxidovej spájky na infiltráciu do keramiky a zvlhčenie kovového povrchu.Dokáže spájať keramiku s keramikou a keramiku s kovmi.Oxidové spájkovacie kovy sa skladajú hlavne z Al2O3, Cao, Bao a MgO.Pridaním B2O3, Y2O3 a ta2o3 možno získať prídavné kovy na tvrdé spájkovanie s rôznymi teplotami topenia a koeficientmi lineárnej rozťažnosti.Okrem toho sa fluoridové spájkovacie kovy s CaF2 a NaF ako hlavnými komponentmi môžu použiť aj na spojenie keramiky a kovov, aby sa získali spoje s vysokou pevnosťou a vysokou tepelnou odolnosťou.