Pematrian seramik dan logam

1. Kebolehpanggangan

Sukar untuk mematri seramik dan komponen seramik, seramik dan logam. Kebanyakan pateri membentuk bola pada permukaan seramik, dengan sedikit atau tiada pembasahan. Logam pengisi patri yang boleh membasahi seramik mudah membentuk pelbagai sebatian rapuh (seperti karbida, silisida dan sebatian ternari atau multivariat) pada antara muka sambungan semasa pematrian. Kewujudan sebatian ini mempengaruhi sifat mekanikal sambungan. Di samping itu, disebabkan oleh perbezaan pekali pengembangan haba yang besar antara seramik, logam dan pateri, akan terdapat tegasan baki pada sambungan selepas suhu pematrian disejukkan ke suhu bilik, yang boleh menyebabkan keretakan sambungan.

Kebolehbasahan pateri pada permukaan seramik boleh diperbaiki dengan menambah elemen logam aktif pada pateri biasa; Suhu rendah dan pematerian masa yang singkat boleh mengurangkan kesan tindak balas antara muka; Tegasan haba sambungan boleh dikurangkan dengan mereka bentuk bentuk sambungan yang sesuai dan menggunakan logam tunggal atau berbilang lapisan sebagai lapisan perantaraan.

2. Pateri

Seramik dan logam biasanya disambungkan dalam relau vakum atau relau hidrogen dan argon. Selain ciri-ciri umum, logam pengisi pateri untuk peranti elektronik vakum juga harus mempunyai beberapa keperluan khas. Contohnya, pateri tidak boleh mengandungi unsur-unsur yang menghasilkan tekanan wap yang tinggi, supaya tidak menyebabkan kebocoran dielektrik dan keracunan katod pada peranti. Secara amnya dinyatakan bahawa apabila peranti berfungsi, tekanan wap pateri tidak boleh melebihi 10-3pa, dan kekotoran tekanan wap tinggi yang terkandung tidak boleh melebihi 0.002% ~ 0.005%; W(o) pateri tidak boleh melebihi 0.001%, supaya mengelakkan wap air yang dihasilkan semasa pateri dalam hidrogen, yang boleh menyebabkan percikan logam pateri cair; Di samping itu, pateri mesti bersih dan bebas daripada oksida permukaan.

Apabila mematri selepas penglogaman seramik, tembaga, asas, tembaga perak, tembaga emas dan logam pengisi patri aloi lain boleh digunakan.

Untuk pematrian langsung seramik dan logam, logam pengisi pematrian yang mengandungi unsur aktif Ti dan Zr hendaklah dipilih. Logam pengisi binari terutamanya Ti Cu dan Ti Ni, yang boleh digunakan pada 1100 ℃. Antara pateri ternari, Ag Cu Ti (W) (TI) ialah pateri yang paling biasa digunakan, yang boleh digunakan untuk pematrian langsung pelbagai seramik dan logam. Logam pengisi ternari boleh digunakan dengan kerajang, serbuk atau logam pengisi eutektik Ag Cu dengan serbuk Ti. Logam pengisi pematrian B-ti49be2 mempunyai rintangan kakisan yang serupa dengan keluli tahan karat dan tekanan wap yang rendah. Ia boleh dipilih secara istimewa dalam sambungan pengedap vakum dengan rintangan pengoksidaan dan kebocoran. Dalam pateri ti-v-cr, suhu lebur adalah terendah (1620 ℃) ​​apabila w (V) ialah 30%, dan penambahan Cr boleh mengurangkan julat suhu lebur dengan berkesan. Pateri B-ti47.5ta5 tanpa Cr telah digunakan untuk pematrian langsung alumina dan magnesium oksida, dan sambungannya boleh berfungsi pada suhu ambien 1000 ℃. Jadual 14 menunjukkan fluks aktif untuk sambungan langsung antara seramik dan logam.

Jadual 14 logam pengisi pateri aktif untuk pateri seramik dan logam

2. Teknologi pematerian

Seramik pra-logam boleh dipateri dalam persekitaran gas lengai berketulenan tinggi, hidrogen atau vakum. Pematerian vakum biasanya digunakan untuk pematerian langsung seramik tanpa penglogaman.

(1) Proses pematerian universal proses pematerian universal seramik dan logam boleh dibahagikan kepada tujuh proses: pembersihan permukaan, salutan tampalan, pemetaan permukaan seramik, penyaduran nikel, pematerian dan pemeriksaan pasca kimpalan.

Tujuan pembersihan permukaan adalah untuk menghilangkan kesan minyak, kesan peluh dan filem oksida pada permukaan logam asas. Bahagian logam dan pateri hendaklah dinyahgris terlebih dahulu, kemudian filem oksida hendaklah ditanggalkan dengan mencuci asid atau alkali, dibasuh dengan air mengalir dan dikeringkan. Bahagian yang memerlukan rawatan haba yang tinggi hendaklah dirawat haba dalam relau vakum atau relau hidrogen (kaedah pengeboman ion juga boleh digunakan) pada suhu dan masa yang sesuai untuk membersihkan permukaan bahagian. Bahagian yang telah dibersihkan tidak boleh bersentuhan dengan objek berminyak atau tangan kosong. Ia hendaklah segera dimasukkan ke dalam proses seterusnya atau ke dalam pengering. Ia tidak boleh didedahkan kepada udara untuk jangka masa yang lama. Bahagian seramik hendaklah dibersihkan dengan aseton dan ultrasonik, dibasuh dengan air mengalir, dan akhirnya direbus dua kali dengan air ternyahion selama 15 minit setiap kali.

Salutan pes merupakan proses penting dalam pemetaan seramik. Semasa salutan, ia disapu pada permukaan seramik untuk dimetalankan dengan berus atau mesin salutan pes. Ketebalan salutan biasanya 30 ~ 60mm. Pes biasanya disediakan daripada serbuk logam tulen (kadangkala oksida logam yang sesuai ditambah) dengan saiz zarah kira-kira 1 ~ 5um dan pelekat organik.

Bahagian seramik yang ditampal dihantar ke relau hidrogen dan disinter dengan hidrogen basah atau ammonia retak pada suhu 1300 ~ 1500 ℃ selama 30 ~ 60 minit. Bagi bahagian seramik yang disalut dengan hidrida, ia hendaklah dipanaskan hingga kira-kira 900 ℃ untuk menguraikan hidrida dan bertindak balas dengan logam tulen atau titanium (atau zirkonium) yang tinggal di permukaan seramik untuk mendapatkan salutan logam pada permukaan seramik.

Untuk lapisan logam Mo Mn, untuk membasahinya dengan pateri, lapisan nikel 1.4 ~ 5um mesti disadur elektrik atau disalut dengan lapisan serbuk nikel. Jika suhu pateri lebih rendah daripada 1000 ℃, lapisan nikel perlu disinter terlebih dahulu dalam relau hidrogen. Suhu dan masa sintering ialah 1000 ℃ /15 ~ 20 minit.

Seramik yang dirawat adalah bahagian logam, yang hendaklah dipasang menjadi satu keseluruhan dengan keluli tahan karat atau acuan grafit dan seramik. Pateri hendaklah dipasang pada sambungan, dan bahan kerja hendaklah dijaga bersih sepanjang operasi, dan tidak boleh disentuh oleh tangan kosong.

Pematrian hendaklah dijalankan dalam relau argon, hidrogen atau vakum. Suhu pematrian bergantung pada logam pengisi pematrian. Bagi mengelakkan keretakan pada bahagian seramik, kadar penyejukan tidak boleh terlalu cepat. Di samping itu, pematrian juga boleh mengenakan tekanan tertentu (kira-kira 0.49 ~ 0.98mpa).

Selain pemeriksaan kualiti permukaan, kimpalan yang dipateri juga hendaklah tertakluk kepada kejutan haba dan pemeriksaan sifat mekanikal. Bahagian pengedap untuk peranti vakum juga mesti tertakluk kepada ujian kebocoran mengikut peraturan yang berkaitan.

(2) Pematrian langsung semasa mematrian secara langsung (kaedah logam aktif), bersihkan permukaan kimpalan seramik dan logam terlebih dahulu, dan kemudian pasangkannya. Untuk mengelakkan retakan yang disebabkan oleh pekali pengembangan haba yang berbeza bagi bahan komponen, lapisan penimbal (satu atau lebih lapisan kepingan logam) boleh diputar di antara kimpalan. Logam pengisi pematrian hendaklah diapit di antara dua kimpalan atau diletakkan pada kedudukan di mana jurang diisi dengan logam pengisi pematrian sejauh mungkin, dan kemudian pematrian hendaklah dijalankan seperti pematrian vakum biasa.

Jika pateri Ag Cu Ti digunakan untuk pematerian langsung, kaedah pematerian vakum hendaklah digunakan. Apabila darjah vakum dalam relau mencapai 2.7 ×, mulakan pemanasan pada 10-3pa, dan suhu boleh meningkat dengan cepat pada masa ini; Apabila suhu hampir dengan takat lebur pateri, suhu hendaklah dinaikkan secara perlahan-lahan untuk menjadikan suhu semua bahagian kimpalan cenderung sama; Apabila pateri dicairkan, suhu hendaklah dinaikkan dengan cepat kepada suhu pematerian, dan masa pegangan hendaklah 3 ~ 5 minit; Semasa penyejukan, ia hendaklah disejukkan secara perlahan sebelum 700 ℃, dan ia boleh disejukkan secara semula jadi dengan relau selepas 700 ℃.

Apabila pateri aktif Ti Cu di-brazing secara langsung, bentuk pateri boleh terdiri daripada kerajang Cu ditambah serbuk Ti atau bahagian Cu ditambah kerajang Ti, atau permukaan seramik boleh disalut dengan serbuk Ti ditambah kerajang Cu. Sebelum mematri, semua bahagian logam hendaklah dinyahgas melalui vakum. Suhu penyahgasan kuprum bebas oksigen hendaklah 750 ~ 800 ℃, dan Ti, Nb, Ta, dan sebagainya hendaklah dinyahgas pada 900 ℃ selama 15 minit. Pada masa ini, darjah vakum tidak boleh kurang daripada 6.7 × 10-3Pa. Semasa mematri, pasang komponen yang akan dikimpal dalam lekapan, panaskannya dalam relau vakum hingga 900 ~ 1120 ℃, dan masa pegangan ialah 2 ~ 5 minit. Semasa keseluruhan proses mematri, darjah vakum tidak boleh kurang daripada 6.7 × 10-3Pa.

Proses pematerian kaedah Ti Ni adalah serupa dengan kaedah Ti Cu, dan suhu pematerian ialah 900 ± 10 ℃.

(3) Kaedah pematrian oksida Kaedah pematrian oksida adalah kaedah untuk mencapai sambungan yang boleh dipercayai dengan menggunakan fasa kaca yang dibentuk oleh peleburan pateri oksida untuk menyusup ke dalam seramik dan membasahi permukaan logam. Ia boleh menghubungkan seramik dengan seramik dan seramik dengan logam. Logam pengisi pematrian oksida terutamanya terdiri daripada Al2O3, Cao, Bao dan MgO. Dengan menambah B2O3, Y2O3 dan ta2o3, logam pengisi pematrian dengan pelbagai takat lebur dan pekali pengembangan linear boleh diperolehi. Di samping itu, logam pengisi pematrian fluorida dengan CaF2 dan NaF sebagai komponen utama juga boleh digunakan untuk menghubungkan seramik dan logam untuk mendapatkan sambungan dengan kekuatan tinggi dan rintangan haba yang tinggi.