Лемљење керамике и метала

1. Лемљивост

Тешко је лемити керамику и керамику, као и керамику и метал. Већина лема формира лоптицу на површини керамике, са мало или без квашења. Метал за лемљење који може да кваси керамику лако формира разна крта једињења (као што су карбиди, силициди и тернарна или мултиваријантна једињења) на спојној површини током лемљења. Присуство ових једињења утиче на механичка својства споја. Поред тога, због велике разлике у коефицијентима термичког ширења између керамике, метала и лема, након што се температура лемљења охлади на собну температуру, постојаће заостали напон у споју, што може изазвати пуцање споја.

Квашење лема на керамичкој површини може се побољшати додавањем активних металних елемената у уобичајени лем; Лемљење на ниској температури и кратко време може смањити ефекат реакције на површини; Термичко напрезање споја може се смањити пројектовањем одговарајућег облика споја и коришћењем једнослојног или вишеслојног метала као међуслоја.

2. Лемљење

Керамика и метал се обично спајају у вакуумској пећи или пећи на водоник и аргон. Поред општих карактеристика, лемљење додатних материјала за вакуумске електронске уређаје такође треба да има неке посебне захтеве. На пример, лем не сме да садржи елементе који производе висок притисак паре, како не би изазвали цурење диелектричне енергије и тровање катоде уређаја. Генерално се наводи да када уређај ради, притисак паре лема не сме прећи 10-3Па, а нечистоће са високим притиском паре не смеју прећи 0,002% ~ 0,005%; w(o) лем не сме прећи 0,001%, како би се избегло стварање водене паре током лемљења у водонику, што може изазвати прскање растопљеног метала лема; Поред тога, лем мора бити чист и без површинских оксида.

Приликом лемљења након керамичке метализације, могу се користити бакар, базни, сребрни бакар, златни бакар и други легирани метали за лемљење.

За директно лемљење керамике и метала, треба одабрати лем који садржи активне елементе Ti и Zr. Бинарни додатни метали су углавном Ti, Cu и Ti, који се могу користити на 1100 ℃. Међу тернарним лемовима, Ag, Cu, Ti (W) (TI) је најчешће коришћени лем, који се може користити за директно лемљење разних керамика и метала. Тернарни додатни метал може се користити у облику фолије, праха или Ag, Cu еутектичког додатног метала са Ti прахом. Лем B-ti49be2 има сличну отпорност на корозију као нерђајући челик и низак притисак паре. Може се преференцијално одабрати за вакуумско заптивање спојева са отпорношћу на оксидацију и цурење. Код ti-v-cr лема, температура топљења је најнижа (1620 ℃) ​​када је w (V) 30%, а додатак Cr може ефикасно смањити опсег температуре топљења. Лем B-ti47.5ta5 без Cr коришћен је за директно лемљење алуминијум оксида и магнезијум оксида, а његов спој може да ради на температури околине од 1000 ℃. Табела 14 приказује активни флукс за директно спајање између керамике и метала.

Табела 14 активни додатни метали за лемљење керамике и метала

2. Технологија лемљења

Преметализована керамика може се лемити у инертном гасу високе чистоће, водонику или вакууму. Вакуумско лемљење се генерално користи за директно лемљење керамике без метализације.

(1) Универзални процес лемљења Универзални процес лемљења керамике и метала може се поделити на седам процеса: чишћење површине, наношење пасте, метализација керамичке површине, никловање, лемљење и контрола након заваривања.

Сврха чишћења површине је уклањање мрља од уља, зноја и оксидног филма са површине основног метала. Метални делови и лем прво треба да се одмасте, затим се оксидни филм уклања испирањем киселином или алкалијама, испере текућом водом и осуши. Делови са високим захтевима треба да се термички обраде у вакуумској пећи или пећи на водоник (може се користити и метода јонског бомбардовања) на одговарајућој температури и времену како би се очистила површина делова. Очишћени делови не смеју да дођу у контакт са масним предметима или голим рукама. Треба их одмах ставити у следећи процес или у сушару. Не смеју бити изложени ваздуху дуже време. Керамички делови треба да се очисте ацетоном и ултразвуком, испере текућом водом и на крају два пута кувају дејонизованом водом по 15 минута сваки пут.

Наношење пасте је важан процес метализације керамике. Током наношења пасте, она се наноси на керамичку површину која се метализује четком или машином за наношење пасте. Дебљина премаза је генерално 30 ~ 60 мм. Паста се генерално припрема од чистог металног праха (понекад се додаје одговарајући метални оксид) са величином честица од око 1 ~ 5 μm и органског лепка.

Пастираним керамичким деловима се шаље у пећ за водоник и синтерује са влажним водоником или крекованим амонијаком на температури од 1300 ~ 1500 ℃ током 30 ~ 60 минута. Керамички делови обложени хидридима, загревају се на око 900 ℃ да би се хидриди разложили и реаговали са чистим металом или титанијумом (или цирконијумом) који је остао на керамичкој површини, како би се добио метални премаз на керамичкој површини.

За метализовани слој MoMn, да би се навлажио лемом, слој никла дебљине 1,4 ~ 5μm мора бити галванизован или превучен слојем никл праха. Ако је температура лемљења нижа од 1000 ℃, слој никла треба претходно синтеровати у водоничној пећи. Температура и време синтеровања су 1000 ℃ / 15 ~ 20 мин.

Обрађена керамика су метални делови, који се састављају у целину помоћу калупа од нерђајућег челика или графита и керамичких калупа. Лем се поставља на спојеве, а радни предмет се одржава чистим током целог процеса и не сме се додиривати голим рукама.

Лемљење се врши у аргонској, водоничној или вакуумској пећи. Температура лемљења зависи од додатног метала за лемљење. Да би се спречило пуцање керамичких делова, брзина хлађења не сме бити пребрза. Поред тога, лемљење може да се врши и под одређеним притиском (око 0,49 ~ 0,98 mpa).

Поред контроле квалитета површине, лемљени заварени спојеви такође морају бити подвргнути контроли термичког шока и механичких својстава. Заптивни делови за вакуумске уређаје такође морају бити подвргнути тесту цурења у складу са релевантним прописима.

(2) Директно лемљење При директном лемљењу (метод активног метала), прво очистите површину керамичких и металних заварених делова, а затим их саставите. Да би се избегле пукотине изазване различитим коефицијентима термичког ширења саставних материјала, тампон слој (један или више слојева металних лимова) може се ротирати између заварених делова. Додатни метал за лемљење треба стегнути између два завара или поставити на место где је размак што је више могуће испуњен додатним металом за лемљење, а затим се лемљење врши као и обично вакуумско лемљење.

Ако се за директно лемљење користи Ag-Cu-Ti лем, треба усвојити метод лемљења у вакууму. Када степен вакуума у ​​пећи достигне 2,7 ×, почните са загревањем на 10-3 Па, а температура може брзо да порасте у овом тренутку; када је температура близу тачке топљења лема, температуру треба полако повећавати како би се температура свих делова завара изједначила; када се лем отопи, температуру треба брзо повећати до температуре лемљења, а време задржавања треба да буде 3 ~ 5 минута; током хлађења, треба га полако хладити пре 700 ℃, а након 700 ℃ може се хладити природним путем у пећи.

Када се Ti-Cu активни лем директно лемљује, облик лема може бити Cu фолија плус Ti прах или Cu делови плус Ti фолија, или керамичка површина може бити обложена Ti прахом плус Cu фолијом. Пре лемљења, сви метални делови морају бити дегазирани вакуумом. Температура дегазације бакра без кисеоника треба да буде 750 ~ 800 ℃, а Ti, Nb, Ta итд. треба да се дегазирају на 900 ℃ током 15 минута. У овом тренутку, степен вакуума не сме бити мањи од 6,7 × 10⁻³Pa. Током лемљења, саставите компоненте које ће се заваривати у причвршћивачу, загрејте их у вакуумској пећи на 900 ~ 1120 ℃, а време задржавања је 2 ~ 5 минута. Током целог процеса лемљења, степен вакуума не сме бити мањи од 6,7 × 10⁻³Pa.

Процес лемљења методом Ти Ни је сличан оном код методе Ти Цу, а температура лемљења је 900 ± 10 ℃.

(3) Метода лемљења оксидом Метода лемљења оксидом је метода за остваривање поуздане везе коришћењем стаклене фазе формиране топљењем оксидног лема да се инфилтрира у керамику и навлажи металну површину. Може да повеже керамику са керамиком и керамику са металима. Оксидни додатни метали за лемљење се углавном састоје од Al₂O₃, CaO, BaO и MgO. Додавањем B₂O₃, Y₂O₃ и ta₂O₃, могу се добити додатни метали за лемљење са различитим тачкама топљења и коефицијентима линеарног ширења. Поред тога, флуоридни додатни метали за лемљење са CaF₂ и NaF као главним компонентама такође се могу користити за повезивање керамике и метала како би се добили спојеви са високом чврстоћом и високом отпорношћу на топлоту.