Lodding av keramikk og metaller

1. Loddbarhet

Det er vanskelig å lodde keramikk og keramikk-, keramikk- og metallkomponenter. Mesteparten av loddet danner en kule på den keramiske overflaten, med liten eller ingen fukting. Loddefyllmetallet som kan fukte keramikk, danner lett en rekke sprø forbindelser (som karbider, silisider og ternære eller multivariate forbindelser) ved skjøtgrensesnittet under lodding. Tilstedeværelsen av disse forbindelsene påvirker skjøtens mekaniske egenskaper. I tillegg, på grunn av den store forskjellen i termiske ekspansjonskoeffisienter mellom keramikk, metall og loddetinn, vil det være restspenning i skjøten etter at loddingstemperaturen er avkjølt til romtemperatur, noe som kan forårsake sprekkdannelser i skjøten.

Loddemetallens fuktbarhet på den keramiske overflaten kan forbedres ved å tilsette aktive metallelementer til vanlig lodding; Lav temperatur og korttidslodding kan redusere effekten av grensesnittreaksjon; Termisk spenning i skjøten kan reduseres ved å designe en passende skjøtform og bruke et enkelt- eller flerlagsmetall som mellomlag.

2. Lodding

Keramikk og metall kobles vanligvis sammen i vakuumovner eller hydrogen-argonovner. I tillegg til generelle egenskaper bør loddemetaller for vakuumelektroniske enheter også ha noen spesielle krav. For eksempel bør loddet ikke inneholde elementer som produserer høyt damptrykk, for ikke å forårsake dielektrisk lekkasje og katodeforgiftning av enheter. Det er generelt spesifisert at når enheten er i drift, skal damptrykket til loddet ikke overstige 10-3 Pa, og urenheter med høyt damptrykk skal ikke overstige 0,002 % ~ 0,005 %; w(o)-innholdet i loddet skal ikke overstige 0,001 % for å unngå vanndamp som genereres under lodding i hydrogen, noe som kan forårsake sprut av smeltet loddemetall; I tillegg må loddet være rent og fritt for overflateoksider.

Ved lodding etter keramisk metallisering kan kobber, basiskobber, sølvkobber, gullkobber og andre legeringer av loddefyllmetaller brukes.

For direkte lodding av keramikk og metaller bør det velges loddemetaller som inneholder aktive elementer Ti og Zr. De binære tilsettmetallene er hovedsakelig TiCu og TiNi, som kan brukes ved 1100 ℃. Blant det ternære loddemetallet er AgCuTi(W)(TI) det mest brukte loddet, som kan brukes til direkte lodding av forskjellige keramikk og metaller. Det ternære tilsettmetallet kan brukes som folie, pulver eller eutektisk AgCu-tilsettmetall med Ti-pulver. B-ti49be2 loddemetall har lignende korrosjonsbestandighet som rustfritt stål og lavt damptrykk. Det kan fortrinnsvis velges i vakuumforseglingsfuger med oksidasjons- og lekkasjemotstand. I ti-v-cr-lodding er smeltetemperaturen lavest (1620 ℃) ​​når w(V) er 30 %, og tilsetning av Cr kan effektivt redusere smeltetemperaturområdet. B-ti47.5ta5-lodding uten Cr har blitt brukt til direkte lodding av alumina og magnesiumoksid, og fugen kan fungere ved en omgivelsestemperatur på 1000 ℃. Tabell 14 viser den aktive fluksen for direkte forbindelse mellom keramikk og metall.

Tabell 14 aktive loddetilsettmetaller for keramisk og metalllodding

2. Loddingsteknologi

Formetallisert keramikk kan loddes i inert gass med høy renhet, hydrogen eller vakuum. Vakuumlodding brukes vanligvis til direkte lodding av keramikk uten metallisering.

(1) Universell loddeprosess Den universelle loddeprosessen for keramikk og metall kan deles inn i syv prosesser: overflaterengjøring, pastabelegg, metallisering av keramiske overflater, nikkelbelegg, lodding og inspeksjon etter sveising.

Formålet med overflaterengjøring er å fjerne oljeflekker, svetteflekker og oksidfilm på overflaten av basismetall. Metalldelene og loddetinnet skal avfettes først, deretter skal oksidfilmen fjernes ved syre- eller alkalivask, vaskes med rennende vann og tørkes. Deler med høye krav skal varmebehandles i vakuumovn eller hydrogenovn (ionebombardementmetoden kan også brukes) ved passende temperatur og tid for å rense overflaten på delene. De rengjorte delene skal ikke komme i kontakt med fettete gjenstander eller bare hender. De skal umiddelbart settes i neste prosess eller i tørketrommelen. De skal ikke utsettes for luft over lengre tid. Keramiske deler skal rengjøres med aceton og ultralyd, vaskes med rennende vann og til slutt kokes to ganger med avionisert vann i 15 minutter hver gang.

Pastabelegg er en viktig prosess innen keramisk metallisering. Under belegget påføres det den keramiske overflaten som skal metalliseres med en pensel eller pastabeleggsmaskin. Beleggtykkelsen er vanligvis 30 ~ 60 mm. Pastaen fremstilles vanligvis av rent metallpulver (noen ganger tilsettes passende metalloksid) med en partikkelstørrelse på omtrent 1 ~ 5 µm og organisk lim.

De limte keramiske delene sendes til en hydrogenovn og sintres med våt hydrogen eller krakkede ammoniakk ved 1300 ~ 1500 ℃ i 30 ~ 60 minutter. Keramiske deler belagt med hydrider skal varmes opp til omtrent 900 ℃ for å dekomponere hydridene og reagere med rent metall eller titan (eller zirkonium) som er igjen på den keramiske overflaten for å få et metallbelegg på den keramiske overflaten.

For å gjøre det metalliserte laget med MoMn vått med loddet, må et nikkellag på 1,4 ~ 5 µm galvaniseres eller belegges med et lag med nikkelpulver. Hvis loddetemperaturen er lavere enn 1000 ℃, må nikkellaget forsintres i en hydrogenovn. Sintringstemperaturen og -tiden er 1000 ℃ / 15 ~ 20 min.

De behandlede keramikkene er metalldeler som skal settes sammen til en helhet med former av rustfritt stål eller grafitt og keramikk. Loddetinn skal monteres i skjøtene, og arbeidsstykket skal holdes rent under hele operasjonen og skal ikke berøres med bare hender.

Lodding skal utføres i en argon-, hydrogen- eller vakuumovn. Loddingstemperaturen avhenger av loddematerialet. For å forhindre sprekkdannelser i keramiske deler, skal avkjølingshastigheten ikke være for rask. I tillegg kan lodding også påføre et visst trykk (ca. 0,49 ~ 0,98 mpa).

I tillegg til inspeksjon av overflatekvaliteten skal de loddede sveisingene også gjennomgå termisk sjokk- og mekanisk egenskapsinspeksjon. Tetningsdelene for vakuumenheter må også gjennomgå lekkasjetest i henhold til relevante forskrifter.

(2) Direktelodding Ved direktelodding (aktivmetallmetode), rengjør først overflaten på de keramiske og metalliske sveisingene, og sett dem deretter sammen. For å unngå sprekker forårsaket av forskjellige termiske utvidelseskoeffisienter i komponentmaterialene, kan bufferlaget (ett eller flere lag med metallplater) roteres mellom sveisingene. Loddefyllmaterialet skal klemmes mellom to sveisinger eller plasseres der gapet fylles med loddefyllmateriale så langt det er mulig, og deretter skal lodding utføres som vanlig vakuumlodding.

Hvis Ag Cu Ti-loddetinn brukes til direkte lodding, skal vakuumloddingsmetoden benyttes. Når vakuumgraden i ovnen når 2,7 ×, start oppvarmingen ved 10-3 Pa, og temperaturen kan stige raskt på dette tidspunktet; Når temperaturen er nær loddetinnets smeltepunkt, bør temperaturen økes sakte slik at temperaturen i alle deler av sveisestykket tenderer til å være den samme; Når loddetinnet er smeltet, bør temperaturen økes raskt til loddetemperaturen, og holdetiden skal være 3 ~ 5 minutter; Under avkjøling skal det avkjøles sakte før 700 ℃, og det kan avkjøles naturlig med ovnen etter 700 ℃.

Når Ti-Cu-aktivt loddetinn loddes direkte, kan loddetinnet være Cu-folie pluss Ti-pulver eller Cu-deler pluss Ti-folie, eller den keramiske overflaten kan belegges med Ti-pulver pluss Cu-folie. Før lodding skal alle metalldeler avgasses ved vakuum. Avgassingstemperaturen for oksygenfritt kobber skal være 750 ~ 800 ℃, og Ti, Nb, Ta osv. skal avgasses ved 900 ℃ i 15 minutter. Vakuumgraden skal da ikke være mindre enn 6,7 × 10⁻³ Pa. Under loddingen monteres komponentene som skal sveises i festeanordning, varmes opp i vakuumovnen til 900 ~ 1120 ℃, og holdetiden er 2 ~ 5 minutter. Under hele loddingsprosessen skal vakuumgraden ikke være mindre enn 6,7 × 10⁻³ Pa.

Loddeprosessen til Ti Ni-metoden ligner på Ti Cu-metoden, og loddingstemperaturen er 900 ± 10 ℃.

(3) Oksidloddingsmetoden Oksidloddingsmetoden er en metode for å oppnå pålitelig forbindelse ved å bruke glassfasen som dannes ved smelting av oksidlodding til å infiltrere inn i keramikk og fukte metalloverflaten. Den kan forbinde keramikk med keramikk og keramikk med metaller. Oksidloddingstilsettmetaller består hovedsakelig av Al2O3, Cao, Bao og MgO. Ved å tilsette B2O3, Y2O3 og ta2o3 kan man oppnå loddetilsettmetaller med forskjellige smeltepunkter og lineære utvidelseskoeffisienter. I tillegg kan fluoridloddingstilsettmetaller med CaF2 og NaF som hovedkomponenter også brukes til å forbinde keramikk og metall for å oppnå skjøter med høy styrke og høy varmebestandighet.