1. Lutowalność
Trudno lutować elementy ceramiczne i ceramiczne, ceramiczne i metalowe.Większość lutu tworzy kulkę na powierzchni ceramicznej, z niewielkim lub żadnym zwilżaniem.Spoiwo do lutowania twardego, które może zwilżać ceramikę, łatwo tworzy różne kruche związki (takie jak węgliki, krzemki oraz związki trójskładnikowe lub wielowymiarowe) na styku złącza podczas lutowania.Istnienie tych związków wpływa na właściwości mechaniczne złącza.Ponadto, ze względu na dużą różnicę współczynników rozszerzalności cieplnej pomiędzy ceramiką, metalem i lutowiem, po schłodzeniu temperatury lutowania do temperatury pokojowej w złączu wystąpią naprężenia szczątkowe, które mogą powodować pękanie złącza.
Zwilżalność lutowia na powierzchni ceramicznej można poprawić, dodając aktywne elementy metalowe do zwykłego lutowia;Niska temperatura i krótki czas lutowania mogą zmniejszyć efekt reakcji interfejsu;Naprężenia termiczne złącza można zmniejszyć, projektując odpowiednią formę złącza i stosując jako warstwę pośrednią metal jednowarstwowy lub wielowarstwowy.
2. Lutowane
Ceramikę i metal łączy się zwykle w piecu próżniowym lub piecu wodorowo-argonowym.Oprócz ogólnych właściwości, spoiwa do lutowania twardego do próżniowych urządzeń elektronicznych powinny również mieć pewne specjalne wymagania.Na przykład lut nie powinien zawierać elementów wytwarzających wysokie ciśnienie pary, aby nie spowodować upływu dielektryka i zatrucia katod urządzeń.Ogólnie określa się, że gdy urządzenie pracuje, prężność pary lutowia nie powinna przekraczać 10-3pa, a zawarte w niej zanieczyszczenia o wysokiej prężności pary nie powinny przekraczać 0,002% ~ 0,005%;W(o) lutu nie powinno przekraczać 0,001%, aby uniknąć powstawania pary wodnej podczas lutowania w wodorze, co może powodować rozpryskiwanie stopionego metalu lutowniczego;Ponadto lut musi być czysty i wolny od tlenków powierzchniowych.
Podczas lutowania twardego po metalizacji ceramicznej można stosować miedź, bazę, srebrno-miedź, złoto-miedź i inne stopowe spoiwa do lutowania twardego.
Do bezpośredniego lutowania ceramiki i metali należy dobrać spoiwa do lutowania twardego zawierające pierwiastki aktywne Ti i Zr.Spoiwa binarne to głównie Ti Cu i Ti Ni, które można stosować w temperaturze 1100 ℃.Wśród lutów trójskładnikowych najczęściej stosowanym lutem jest Ag Cu Ti (W) (TI), który może być stosowany do bezpośredniego lutowania różnego rodzaju ceramiki i metali.Spoiwo trójskładnikowe może być stosowane przez spoiwo eutektyczne z folii, proszku lub Ag Cu z proszkiem Ti.Spoiwo do lutowania twardego B-ti49be2 ma podobną odporność na korozję jak stal nierdzewna i niską prężność par.Można go preferencyjnie wybrać w uszczelnieniach próżniowych o odporności na utlenianie i przecieki.W lutowiu ti-v-cr temperatura topnienia jest najniższa (1620 ℃), gdy w (V) wynosi 30%, a dodanie Cr może skutecznie zmniejszyć zakres temperatur topnienia.Lut B-ti47.5ta5 bez Cr został użyty do bezpośredniego lutowania tlenku glinu i tlenku magnezu, a jego złącze może pracować w temperaturze otoczenia 1000℃.Tabela 14 pokazuje aktywny topnik do bezpośredniego połączenia ceramiki i metalu.
Tabela 14 Aktywne spoiwa do lutowania twardego do lutowania ceramicznego i metalowego
2. Technologia lutowania twardego
Wstępnie metalizowana ceramika może być lutowana w wysokiej czystości gazu obojętnego, wodoru lub próżni.Lutowanie próżniowe jest generalnie stosowane do bezpośredniego lutowania ceramiki bez metalizacji.
(1) Uniwersalny proces lutowania Uniwersalny proces lutowania ceramiki i metalu można podzielić na siedem procesów: czyszczenie powierzchni, powlekanie pastą, metalizacja powierzchni ceramicznej, niklowanie, lutowanie i kontrola po spawaniu.
Celem czyszczenia powierzchni jest usunięcie plamy olejowej, plamy potu i warstwy tlenku na powierzchni metalu nieszlachetnego.Części metalowe i lut należy najpierw odtłuścić, następnie zmyć kwasem lub zasadą warstwę tlenku, przemyć bieżącą wodą i wysuszyć.Części o wysokich wymaganiach należy poddać obróbce cieplnej w piecu próżniowym lub piecu wodorowym (można również zastosować metodę bombardowania jonowego) w odpowiedniej temperaturze i czasie w celu oczyszczenia powierzchni części.Czyszczone części nie mogą stykać się z tłustymi przedmiotami lub gołymi rękami.Należy je natychmiast umieścić w następnym procesie lub w suszarce.Nie będą wystawione na działanie powietrza przez długi czas.Części ceramiczne należy czyścić acetonem i ultradźwiękami, myć bieżącą wodą, a na koniec dwukrotnie gotować w wodzie dejonizowanej przez 15 minut za każdym razem
Powlekanie pastą jest ważnym procesem metalizacji ceramiki.Podczas powlekania nanosi się na powierzchnię ceramiczną, która ma być metalizowana za pomocą powlekarki pędzlem lub pastą.Grubość powłoki wynosi zazwyczaj 30 ~ 60 mm.Pasta jest zwykle przygotowywana z czystego proszku metalowego (czasami dodaje się odpowiedni tlenek metalu) o wielkości cząstek około 1 ~ 5 µm i kleju organicznego.
Wklejone części ceramiczne są wysyłane do pieca wodorowego i spiekane mokrym wodorem lub krakowanym amoniakiem w temperaturze 1300 ~ 1500 ℃ przez 30 ~ 60 minut.W przypadku części ceramicznych pokrytych wodorkami należy je podgrzać do około 900℃ w celu rozkładu wodorków i reakcji z czystym metalem lub tytanem (lub cyrkonem) pozostającym na powierzchni ceramicznej w celu uzyskania metalicznej powłoki na powierzchni ceramicznej.
W przypadku warstwy metalizowanej Mo Mn, aby zwilżyć ją lutowiem, warstwa niklu 1,4 ~ 5um musi zostać pokryta galwanicznie lub pokryta warstwą proszku niklowego.Jeżeli temperatura lutowania jest niższa niż 1000℃, warstwę niklu należy wstępnie spiekać w piecu wodorowym.Temperatura i czas spiekania to 1000 ℃ /15 ~ 20 min.
Ceramika poddana obróbce to części metalowe, które należy złożyć w całość za pomocą form ze stali nierdzewnej lub grafitowo-ceramicznych.Lut powinien być zainstalowany na złączach, a przedmiot obrabiany powinien być utrzymywany w czystości podczas całej operacji i nie może być dotykany gołymi rękami.
Lutowanie powinno odbywać się w piecu argonowym, wodorowym lub próżniowym.Temperatura lutowania twardego zależy od spoiwa lutowniczego.Aby zapobiec pękaniu części ceramicznych, tempo chłodzenia nie powinno być zbyt szybkie.Ponadto lutowanie może również wywierać pewien nacisk (około 0,49 ~ 0,98mpa).
Oprócz kontroli jakości powierzchni lutowane elementy spawane powinny być również poddane kontroli szoku termicznego i właściwości mechanicznych.Części uszczelniające do urządzeń próżniowych również muszą zostać poddane próbie szczelności zgodnie z odpowiednimi przepisami.
(2) Lutowanie bezpośrednie w przypadku lutowania bezpośredniego (metoda aktywnego metalu), najpierw oczyść powierzchnię spawów ceramicznych i metalowych, a następnie je zmontuj.Aby uniknąć pęknięć spowodowanych różnymi współczynnikami rozszerzalności cieplnej materiałów składowych, warstwę buforową (jedna lub więcej warstw blach) można obracać pomiędzy spawanymi elementami.Spoiwo lutownicze należy zacisnąć pomiędzy dwoma elementami spawanymi lub umieścić w miejscu, w którym szczelina jest wypełniona spoiwem lutowniczym w miarę możliwości, a następnie lutowanie należy przeprowadzić jak zwykłe lutowanie próżniowe.
Jeżeli do lutowania bezpośredniego stosuje się lut Ag Cu Ti, należy przyjąć metodę lutowania próżniowego.Gdy stopień próżni w piecu osiągnie 2,7 × Rozpocznij ogrzewanie przy 10-3 Pa, a temperatura może w tym czasie gwałtownie wzrosnąć;Gdy temperatura jest zbliżona do temperatury topnienia lutowia, należy powoli podnosić temperaturę, aby temperatura wszystkich części spoiny była taka sama;Gdy lut jest stopiony, temperatura powinna być szybko podniesiona do temperatury lutowania, a czas utrzymywania powinien wynosić 3 ~ 5 minut;Podczas schładzania należy go powoli schładzać przed 700 ℃, a można go naturalnie schłodzić piecem po 700 ℃.
Gdy lut aktywny Ti Cu jest bezpośrednio lutowany, formą lutu może być folia Cu plus proszek Ti lub części Cu plus folia Ti, lub powierzchnia ceramiczna może być pokryta proszkiem Ti plus folia Cu.Przed lutowaniem wszystkie części metalowe należy odgazować próżniowo.Temperatura odgazowania miedzi beztlenowej powinna wynosić 750 ~ 800 ℃, a Ti, Nb, Ta itp. Odgazowywać w 900 ℃ przez 15 minut.W tym czasie stopień podciśnienia nie powinien być mniejszy niż 6,7 × 10-3 Pa。 Podczas lutowania zmontuj elementy do spawania w uchwycie, podgrzej je w piecu próżniowym do 900 ~ 1120 ℃, a czas trzymania wynosi 2 ~ 5 minut.Podczas całego procesu lutowania podciśnienie nie powinno być mniejsze niż 6,7 × 10-3 Pa。
Proces lutowania metodą Ti Ni jest podobny do procesu Ti Cu, a temperatura lutowania wynosi 900 ± 10 ℃.
(3) Metoda lutowania tlenkowego Metoda lutowania tlenkowego jest metodą realizacji niezawodnego połączenia za pomocą fazy szklanej utworzonej przez stopienie lutu tlenkowego do infiltracji w ceramice i zwilżenia powierzchni metalu.Może łączyć ceramikę z ceramiką oraz ceramikę z metalami.Spoiwa tlenkowe do lutowania twardego składają się głównie z Al2O3, Cao, Bao i MgO.Dodając B2O3, Y2O3 i ta2o3 można uzyskać spoiwa do lutowania twardego o różnych temperaturach topnienia i współczynnikach rozszerzalności liniowej.Ponadto fluorkowe spoiwa do lutowania twardego z CaF2 i NaF jako głównymi składnikami mogą być również stosowane do łączenia ceramiki i metali w celu uzyskania połączeń o wysokiej wytrzymałości i wysokiej odporności cieplnej.
Czas publikacji: 13 czerwca-2022