Soldadura de ceràmica i metalls

1. Brazeabilitat

És difícil soldar components ceràmics i ceràmics, ceràmics i metàl·lics. La major part de la soldadura forma una bola a la superfície ceràmica, amb poca o cap mullada. El metall d'aportació de soldadura que pot mullar la ceràmica és fàcil de formar una varietat de compostos fràgils (com ara carburs, siliciurs i compostos ternaris o multivariants) a la interfície de la unió durant la soldadura. L'existència d'aquests compostos afecta les propietats mecàniques de la unió. A més, a causa de la gran diferència de coeficients de dilatació tèrmica entre la ceràmica, el metall i la soldadura, hi haurà tensió residual a la unió després que la temperatura de soldadura es refredi a temperatura ambient, cosa que pot causar esquerdes a la unió.

La mullabilitat de la soldadura a la superfície ceràmica es pot millorar afegint elements metàl·lics actius a la soldadura comuna; La baixa temperatura i la soldadura a curt termini poden reduir l'efecte de la reacció d'interfície; La tensió tèrmica de la junta es pot reduir dissenyant una forma de junta adequada i utilitzant un metall d'una o diverses capes com a capa intermèdia.

2. Soldadura

La ceràmica i el metall se solen connectar en un forn de buit o en un forn d'hidrogen i argó. A més de les característiques generals, els metalls de farciment de soldadura per a dispositius electrònics de buit també han de tenir alguns requisits especials. Per exemple, la soldadura no ha de contenir elements que produeixin una alta pressió de vapor, per tal de no causar fuites dielèctriques i enverinament del càtode dels dispositius. Generalment s'especifica que quan el dispositiu està en funcionament, la pressió de vapor de la soldadura no ha de superar els 10-3pa, i les impureses d'alta pressió de vapor contingudes no han de superar el 0,002% ~ 0,005%; El w (o) de la soldadura no ha de superar el 0,001%, per tal d'evitar el vapor d'aigua generat durant la soldadura en hidrogen, que pot causar esquitxades de metall de soldadura fos; A més, la soldadura ha d'estar neta i lliure d'òxids superficials.

Quan es solda després de la metal·lització ceràmica, es pot utilitzar coure, base, coure platejat, coure daurat i altres metalls de farciment de soldadura d'aliatge.

Per a la soldadura directa de ceràmica i metalls, s'han de seleccionar metalls d'aportació de soldadura que continguin elements actius Ti i Zr. Els metalls d'aportació binaris són principalment Ti Cu i Ti Ni, que es poden utilitzar a 1100 ℃. Entre les soldadures ternàries, Ag Cu Ti (W) (TI) és la soldadura més utilitzada, que es pot utilitzar per a la soldadura directa de diverses ceràmiques i metalls. El metall d'aportació ternari es pot utilitzar mitjançant làmina, pols o metall d'aportació eutèctic Ag Cu amb pols de Ti. El metall d'aportació de soldadura B-ti49be2 té una resistència a la corrosió similar a l'acer inoxidable i una baixa pressió de vapor. Es pot seleccionar preferentment en les unions de segellat al buit amb resistència a l'oxidació i a les fuites. En la soldadura ti-v-cr, la temperatura de fusió és la més baixa (1620 ℃) ​​quan w (V) és del 30%, i l'addició de Cr pot reduir eficaçment el rang de temperatura de fusió. La soldadura B-ti47.5ta5 sense Cr s'ha utilitzat per a la soldadura directa d'alúmina i òxid de magnesi, i la seva unió pot funcionar a una temperatura ambient de 1000 ℃. La taula 14 mostra el flux actiu per a la connexió directa entre ceràmica i metall.

Taula 14 metalls d'aportació de soldadura activa per a soldadura ceràmica i metàl·lica

2. Tecnologia de soldadura

La ceràmica premetal·litzada es pot soldar en un gas inert d'alta puresa, hidrogen o un ambient de buit. La soldadura al buit s'utilitza generalment per a la soldadura directa de ceràmica sense metal·lització.

(1) Procés de soldadura universal El procés de soldadura universal de ceràmica i metall es pot dividir en set processos: neteja de superfícies, recobriment en pasta, metal·lització de superfícies ceràmiques, niquelat, soldadura i inspecció postsoldadura.

La neteja de superfícies té com a objectiu eliminar les taques d'oli, les taques de suor i la pel·lícula d'òxid de la superfície del metall base. Primer s'han de desengreixar les peces metàl·liques i la soldadura, després s'ha d'eliminar la pel·lícula d'òxid mitjançant un rentat àcid o àlcali, rentar-les amb aigua corrent i assecar-les. Les peces amb requisits elevats s'han de tractar tèrmicament en un forn de buit o un forn d'hidrogen (també es pot utilitzar el mètode de bombardeig iònic) a la temperatura i el temps adequats per purificar la superfície de les peces. Les peces netejades no han de entrar en contacte amb objectes greixosos ni amb les mans nues. S'han de posar immediatament al següent procés o a l'assecadora. No s'han d'exposar a l'aire durant molt de temps. Les peces ceràmiques s'han de netejar amb acetona i ultrasons, rentar-les amb aigua corrent i finalment bullir-les dues vegades amb aigua desionitzada durant 15 minuts cada vegada.

El recobriment en pasta és un procés important de la metal·lització ceràmica. Durant el recobriment, s'aplica a la superfície ceràmica que s'ha de metal·litzar amb un pinzell o una màquina de recobriment en pasta. El gruix del recobriment és generalment de 30 a 60 mm. La pasta es prepara generalment a partir de pols de metall pur (de vegades s'hi afegeix l'òxid metàl·lic adequat) amb una mida de partícula d'aproximadament 1 a 5 µm i adhesiu orgànic.

Les peces ceràmiques enganxades s'envien a un forn d'hidrogen i es sinteritzen amb hidrogen humit o amoníac trencat a 1300 ~ 1500 ℃ durant 30 ~ 60 minuts. Les peces ceràmiques recobertes amb hidrurs s'escalfen a uns 900 ℃ per descompondre els hidrurs i reaccionar amb el metall pur o el titani (o zirconi) que queda a la superfície ceràmica per obtenir un recobriment metàl·lic a la superfície ceràmica.

Per a la capa metal·litzada de Mo-Mn, per tal que estigui humida amb la soldadura, cal electroplacar una capa de níquel d'1,4 ~ 5 um o recobrir-la amb una capa de pols de níquel. Si la temperatura de soldadura és inferior a 1000 ℃, cal sinteritzar prèviament la capa de níquel en un forn d'hidrogen. La temperatura i el temps de sinterització són de 1000 ℃ / 15 ~ 20 min.

Les ceràmiques tractades són peces metàl·liques que s'han d'acoblar en un tot amb acer inoxidable o grafit i motlles ceràmics. S'ha d'instal·lar soldadura a les unions i la peça s'ha de mantenir neta durant tota l'operació i no s'ha de tocar amb les mans nues.

La soldadura s'ha de dur a terme en un forn d'argó, hidrogen o buit. La temperatura de soldadura depèn del metall d'aportació de soldadura. Per evitar l'esquerdament de les peces ceràmiques, la velocitat de refredament no ha de ser massa ràpida. A més, la soldadura també pot aplicar una certa pressió (aproximadament 0,49 ~ 0,98 MPa).

A més de la inspecció de la qualitat de la superfície, les soldadures també s'han de sotmetre a una inspecció de xoc tèrmic i propietats mecàniques. Les peces de segellat per a dispositius de buit també s'han de sotmetre a una prova de fuites d'acord amb les normatives pertinents.

(2) Soldadura directa: quan es solda directament (mètode de metall actiu), primer cal netejar la superfície de les soldadures de ceràmica i metall i després muntar-les. Per evitar esquerdes causades pels diferents coeficients de dilatació tèrmica dels materials dels components, la capa amortidora (una o més capes de làmines metàl·liques) es pot girar entre les soldadures. El metall d'aportació de soldadura s'ha de subjectar entre dues soldadures o col·locar-lo a la posició on s'ompli l'espai amb metall d'aportació de soldadura tant com sigui possible, i després la soldadura s'ha de dur a terme com la soldadura al buit ordinària.

Si s'utilitza soldadura d'Ag Cu Ti per a la soldadura directa, s'ha d'adoptar el mètode de soldadura al buit. Quan el grau de buit al forn arribi a 2,7 ×, comenceu a escalfar a 10-3pa, i la temperatura pot augmentar ràpidament en aquest moment; quan la temperatura sigui propera al punt de fusió de la soldadura, la temperatura s'ha d'augmentar lentament per fer que la temperatura de totes les parts de la soldadura tendeixi a ser la mateixa; quan la soldadura es fon, la temperatura s'ha d'augmentar ràpidament fins a la temperatura de soldadura, i el temps de manteniment ha de ser de 3 a 5 minuts; durant el refredament, s'ha de refredar lentament abans dels 700 ℃, i es pot refredar naturalment amb el forn després dels 700 ℃.

Quan la soldadura activa de TiCu es solda directament, la forma de soldadura pot ser làmina de Cu més pols de Ti o parts de Cu més làmina de Ti, o la superfície ceràmica es pot recobrir amb pols de Ti més làmina de Cu. Abans de la soldadura, totes les parts metàl·liques s'han de desgasificar mitjançant buit. La temperatura de desgasificació del coure sense oxigen ha de ser de 750 ~ 800 ℃, i el Ti, Nb, Ta, etc. s'han de desgasificar a 900 ℃ durant 15 minuts. En aquest moment, el grau de buit no ha de ser inferior a 6,7 ​​× 10-3Pa. Durant la soldadura, munteu els components que s'han de soldar a la fixació, escalfeu-los al forn de buit a 900 ~ 1120 ℃ i el temps de manteniment és de 2 ~ 5 minuts. Durant tot el procés de soldadura, el grau de buit no ha de ser inferior a 6,7 ​​× 10-3Pa.

El procés de soldadura del mètode Ti Ni és similar al del mètode Ti Cu, i la temperatura de soldadura és de 900 ± 10 ℃.

(3) Mètode de soldadura amb òxid El mètode de soldadura amb òxid és un mètode per aconseguir una connexió fiable mitjançant l'ús de la fase vítria formada per la fusió de la soldadura d'òxid per infiltrar-se a la ceràmica i mullar la superfície metàl·lica. Pot connectar ceràmica amb ceràmica i ceràmica amb metalls. Els metalls d'aportació de soldadura amb òxid estan compostos principalment d'Al2O3, Cao, Bao i MgO. En afegir B2O3, Y2O3 i ta2o3, es poden obtenir metalls d'aportació de soldadura amb diversos punts de fusió i coeficients d'expansió lineal. A més, els metalls d'aportació de soldadura amb fluorur amb CaF2 i NaF com a components principals també es poden utilitzar per connectar ceràmica i metalls per obtenir unions amb alta resistència i alta resistència a la calor.