1. Brazabilitate
Lipirea componentelor ceramice cu cele ceramice, precum și a celor ceramice și metalice este dificilă. Cea mai mare parte a aliajului de lipire formează o bilă pe suprafața ceramică, umezind puțin sau deloc. Metalul de adaos pentru lipire, care poate umezi ceramica, formează cu ușurință o varietate de compuși fragili (cum ar fi carburi, siliciuri și compuși ternari sau multivariați) la interfața îmbinării în timpul lipirii. Prezența acestor compuși afectează proprietățile mecanice ale îmbinării. În plus, din cauza diferenței mari de coeficienți de dilatare termică dintre ceramică, metal și aliaj de lipire, va exista o tensiune reziduală în îmbinare după ce temperatura de lipire este răcită la temperatura camerei, ceea ce poate provoca fisuri în îmbinare.
Umezirea aliajului de lipit pe suprafața ceramică poate fi îmbunătățită prin adăugarea de elemente metalice active la aliajul de lipit obișnuit; Temperatura scăzută și lipirea pe termen scurt pot reduce efectul reacției de interfață; Tensiunea termică a îmbinării poate fi redusă prin proiectarea unei forme adecvate a îmbinării și utilizarea unui metal cu unul sau mai multe straturi ca strat intermediar.
2. Lipire
Ceramica și metalul sunt de obicei conectate în cuptoare cu vid sau cuptoare cu hidrogen și argon. Pe lângă caracteristicile generale, metalele de adaos pentru lipirea dispozitivelor electronice în vid trebuie să aibă și anumite cerințe speciale. De exemplu, aliajul de lipit nu trebuie să conțină elemente care produc o presiune de vapori ridicată, pentru a nu provoca scurgeri dielectrice și otrăvirea catodică a dispozitivelor. În general, se specifică faptul că, atunci când dispozitivul funcționează, presiunea de vapori a aliajului de lipit nu trebuie să depășească 10-3pa, iar impuritățile conținute cu presiune de vapori ridicată nu trebuie să depășească 0,002% ~ 0,005%; w(o)-ul aliajului de lipit nu trebuie să depășească 0,001%, pentru a evita vaporii de apă generați în timpul lipirii în hidrogen, care pot provoca stropirea metalului topit de lipit; În plus, aliajul de lipit trebuie să fie curat și fără oxizi de suprafață.
La lipirea după metalizarea ceramică, se pot utiliza metale de adaos de cupru, bază, cupru argintiu, cupru auriu și alte metale de adaos pentru lipire.
Pentru lipirea directă a ceramicii și metalelor, se vor selecta metale de adaos care conțin elemente active Ti și Zr. Metalele de adaos binare sunt în principal TiCu și TiNi, care pot fi utilizate la 1100 ℃. Printre aliajele de lipit ternare, AgCuTi(W)(TI) este cel mai frecvent utilizat aliaj de lipit, putând fi utilizat pentru lipirea directă a diferitelor ceramici și metale. Metalul de adaos ternar poate fi utilizat sub formă de folie, pulbere sau metal de adaos eutectic AgCu cu pulbere de Ti. Metalul de adaos pentru lipire B-ti49be2 are o rezistență la coroziune similară cu oțelul inoxidabil și o presiune de vapori scăzută. Poate fi selectat preferențial în îmbinările de etanșare în vid cu rezistență la oxidare și scurgeri. În aliajul de lipit ti-v-cr, temperatura de topire este cea mai scăzută (1620 ℃) când w(V) este 30%, iar adăugarea de Cr poate reduce eficient intervalul temperaturii de topire. Aliajul de lipit B-ti47.5ta5 fără Cr a fost utilizat pentru lipirea directă a aluminei și oxidului de magneziu, iar îmbinarea sa poate funcționa la o temperatură ambiantă de 1000 ℃. Tabelul 14 prezintă fluxul activ pentru conexiunea directă dintre ceramică și metal.
Tabelul 14 Metale de adaos active pentru lipire ceramică și metalică
2. Tehnologia de lipire
Ceramica pre-metalizată poate fi lipită în gaz inert de înaltă puritate, hidrogen sau mediu în vid. Lipirea în vid este în general utilizată pentru lipirea directă a ceramicii fără metalizare.
(1) Procesul universal de lipire Procesul universal de lipire a ceramicii și metalului poate fi împărțit în șapte procese: curățarea suprafeței, acoperirea cu pastă, metalizarea suprafeței ceramice, nichelarea, lipirea și inspecția post-sudură.
Scopul curățării suprafețelor este de a îndepărta petele de ulei, petele de transpirație și pelicula de oxid de pe suprafața metalului de bază. Piesele metalice și aliajele de lipire trebuie degresate mai întâi, apoi pelicula de oxid trebuie îndepărtată prin spălare acidă sau alcalină, spălate cu apă curentă și uscate. Piesele cu cerințe ridicate trebuie tratate termic într-un cuptor cu vid sau un cuptor cu hidrogen (se poate utiliza și metoda bombardamentului cu ioni) la temperatura și timpul adecvate pentru a purifica suprafața pieselor. Piesele curățate nu trebuie să intre în contact cu obiecte grase sau cu mâinile goale. Acestea trebuie introduse imediat în procesul următor sau în uscător. Nu trebuie expuse la aer pentru o perioadă lungă de timp. Piesele ceramice trebuie curățate cu acetonă și ultrasunete, spălate cu apă curentă și, în final, fierte de două ori cu apă deionizată timp de 15 minute de fiecare dată.
Acoperirea cu pastă este un proces important de metalizare a ceramicii. În timpul acoperirii, aceasta se aplică pe suprafața ceramică ce urmează a fi metalizată cu o pensulă sau o mașină de acoperire cu pastă. Grosimea acoperirii este în general de 30 ~ 60 mm. Pasta este, în general, preparată din pulbere metalică pură (uneori se adaugă oxid metalic corespunzător) cu o dimensiune a particulelor de aproximativ 1 ~ 5 µm și adeziv organic.
Piesele ceramice lipite sunt trimise într-un cuptor cu hidrogen și sinterizate cu hidrogen umed sau amoniac cracat la 1300 ~ 1500 ℃ timp de 30 ~ 60 de minute. Piesele ceramice acoperite cu hidruri trebuie încălzite la aproximativ 900 ℃ pentru a descompune hidrurile și a reacționa cu metalul pur sau titanul (sau zirconiul) rămas pe suprafața ceramică pentru a obține un strat metalic pe suprafața ceramică.
Pentru stratul metalizat Mo-Mn, pentru a-l uda cu aliajul de lipire, un strat de nichel cu grosimea de 1,4 ~ 5 µm trebuie electrolizat sau acoperit cu un strat de pulbere de nichel. Dacă temperatura de lipire este mai mică de 1000 ℃, stratul de nichel trebuie pre-sinterizat într-un cuptor cu hidrogen. Temperatura și timpul de sinterizare sunt de 1000 ℃ / 15 ~ 20 min.
Ceramica tratată este o piesă metalică care trebuie asamblată într-un întreg cu ajutorul oțelului inoxidabil sau grafit și al matrițelor ceramice. La îmbinări se va aplica aliaj de lipire, iar piesa de prelucrat trebuie menținută curată pe tot parcursul operațiunii și nu trebuie atinsă cu mâinile goale.
Brazarea se va efectua într-un cuptor cu argon, hidrogen sau vid. Temperatura de brazare depinde de metalul de adaos utilizat pentru brazare. Pentru a preveni fisurarea pieselor ceramice, viteza de răcire nu trebuie să fie prea rapidă. În plus, la brazare se poate aplica și o anumită presiune (aproximativ 0,49 ~ 0,98 MPa).
Pe lângă inspecția calității suprafeței, sudurile brazate trebuie supuse și inspecției șocurilor termice și proprietăților mecanice. Piesele de etanșare pentru dispozitivele de vid trebuie, de asemenea, supuse unui test de scurgere în conformitate cu reglementările relevante.
(2) Brazare directă: la brazarea directă (metoda metalului activ), curățați mai întâi suprafața sudurilor ceramice și metalice, apoi asamblați-le. Pentru a evita fisurile cauzate de coeficienții de dilatare termică diferiți ai materialelor componente, stratul tampon (unul sau mai multe straturi de foi metalice) poate fi rotit între suduri. Metalul de adaos pentru brazare se fixează între două suduri sau se plasează în poziția în care spațiul este umplut cu metal de adaos pentru brazare, iar apoi brazarea se efectuează ca lipirea obișnuită în vid.
Dacă se utilizează aliaj de lipire Ag Cu Ti pentru lipire directă, se va adopta metoda de lipire în vid. Când gradul de vid din cuptor atinge 2,7 × Începeți încălzirea la 10-3pa, iar temperatura poate crește rapid în acest moment; Când temperatura este aproape de punctul de topire al aliajului de lipire, temperatura trebuie crescută lent pentru ca temperatura tuturor părților sudurii să tindă să fie aceeași; Când aliajul de lipire este topit, temperatura trebuie crescută rapid până la temperatura de lipire, iar timpul de menținere trebuie să fie de 3 ~ 5 minute; În timpul răcirii, se răcește lent până la 700 ℃ și se poate răci natural în cuptor după 700 ℃.
Când lipirea activă Ti-Cu este lipită direct, forma de lipire poate fi folie de Cu plus pulbere de Ti sau părți de Cu plus folie de Ti, sau suprafața ceramică poate fi acoperită cu pulbere de Ti plus folie de Cu. Înainte de lipire, toate piesele metalice trebuie degazate în vid. Temperatura de degazare a cuprului fără oxigen trebuie să fie de 750 ~ 800 ℃, iar Ti, Nb, Ta etc. trebuie degazate la 900 ℃ timp de 15 minute. În acest timp, gradul de vid nu trebuie să fie mai mic de 6,7 × 10⁻³Pa. În timpul lipirii, componentele care urmează să fie sudate sunt asamblate în dispozitivul de fixare, încălzite în cuptorul cu vid la 900 ~ 1120 ℃, iar timpul de menținere este de 2 ~ 5 minute. Pe parcursul întregului proces de lipire, gradul de vid nu trebuie să fie mai mic de 6,7 × 10⁻³Pa.
Procesul de lipire al metodei Ti Ni este similar cu cel al metodei Ti Cu, iar temperatura de lipire este de 900 ± 10 ℃.
(3) Metoda de lipire cu oxid Metoda de lipire cu oxid este o metodă de realizare a unei conexiuni fiabile prin utilizarea fazei vitroase formate prin topirea aliajului de lipire cu oxid pentru a se infiltra în ceramică și a umezi suprafața metalică. Aceasta poate conecta ceramica cu ceramica și ceramica cu metalele. Metalele de adaos pentru lipire cu oxid sunt compuse în principal din Al2O3, Cao, Bao și MgO. Prin adăugarea de B2O3, Y2O3 și Ta2O3, se pot obține metale de adaos pentru lipire cu diferite puncte de topire și coeficienți de dilatare liniară. În plus, metalele de adaos pentru lipire cu fluorură, având ca componente principale CaF2 și NaF, pot fi utilizate și pentru a conecta ceramica și metalele pentru a obține îmbinări cu rezistență ridicată și rezistență ridicată la căldură.
Data publicării: 13 iunie 2022