Лемење на керамика и метали

1. Лемење

Тешко е да се лемат керамички и керамички, керамички и метални компоненти. Поголемиот дел од лемењето формира топка на керамичката површина, со малку или без влажнење. Металот за полнење за лемење што може да ја навлажни керамиката лесно формира различни кршливи соединенија (како што се карбиди, силициди и тернерни или повеќеваријантни соединенија) на интерфејсот на спојот за време на лемењето. Постоењето на овие соединенија влијае на механичките својства на спојот. Покрај тоа, поради големата разлика во коефициентите на термичка експанзија помеѓу керамиката, металот и лемењето, ќе има преостанат стрес во спојот откако температурата на лемење ќе се олади на собна температура, што може да предизвика пукање на спојот.

Навлажнувањето на лемењето на керамичката површина може да се подобри со додавање активни метални елементи на обичниот лем; Ниската температура и краткотрајното лемење можат да го намалат ефектот на реакцијата на интерфејсот; Термичкиот стрес на спојот може да се намали со дизајнирање на соодветна форма на спој и користење на еднослоен или повеќеслоен метал како меѓуслој.

2. Лемење

Керамиката и металот обично се поврзуваат во вакуумска печка или водородна и аргонска печка. Покрај општите карактеристики, металите за полнење за лемење за вакуумски електронски уреди треба да имаат и некои посебни барања. На пример, лемењето не треба да содржи елементи што произведуваат висок притисок на пареа, за да не предизвика диелектрично истекување и катодно труење на уредите. Општо е наведено дека кога уредот работи, притисокот на пареа на лемењето не треба да надминува 10-3pa, а нечистотиите со висок притисок на пареа што ги содржи не треба да надминуваат 0,002% ~ 0,005%; w(o) на лемењето не треба да надминува 0,001%, за да се избегне водена пареа генерирана за време на лемењето во водород, што може да предизвика прскање на стопениот метал за лемење; Покрај тоа, лемењето мора да биде чисто и без површински оксиди.

При лемење по керамичка метализација, може да се користат бакар, база, сребрен бакар, златен бакар и други легирани метали за полнење при лемење.

За директно лемење на керамика и метали, треба да се изберат метали за полнење за лемење што содржат активни елементи Ti и Zr. Бинарни метали за полнење се главно TiCu и TiNi, кои можат да се користат на 1100 ℃. Меѓу тројните леми, AgCuTi(W)(TI) е најчесто користениот лем, кој може да се користи за директно лемење на разни керамики и метали. Тројните метали за полнење може да се користат како фолија, прав или AgCu евтектички метал за полнење со Ti прав. Металот за полнење за лемење B-ti49be2 има слична отпорност на корозија како и не'рѓосувачкиот челик и низок притисок на пареа. Може да се избере по можност во вакуумски заптивни споеви со отпорност на оксидација и протекување. Кај лемењето ti-v-cr, температурата на топење е најниска (1620 ℃) ​​кога w(V) е 30%, а додавањето на Cr може ефикасно да го намали опсегот на температурата на топење. Лемот B-ti47.5ta5 без Cr се користи за директно лемење на алумина и магнезиум оксид, а неговиот спој може да работи на собна температура од 1000 ℃. Табела 14 го прикажува активниот флукс за директно поврзување помеѓу керамика и метал.

Табела 14 активни метали за полнење со лемење за керамичко и метално лемење

2. Технологија на лемење

Претходно метализираната керамика може да се леми во инертен гас со висока чистота, водород или вакуумска средина. Вакуумското лемење генерално се користи за директно лемење на керамика без метализација.

(1) Универзален процес на лемење Универзалниот процес на лемење на керамика и метал може да се подели на седум процеси: чистење на површини, премачкување со паста, метализација на керамичка површина, никелирање, лемење и пост-заварувачка инспекција.

Целта на чистењето на површините е да се отстранат дамки од масло, дамки од пот и оксиден филм од површината на основниот метал. Металните делови и лемењето прво треба да се одмастат, потоа оксидниот филм треба да се отстрани со миење со киселина или алкали, да се измие со млаз вода и да се суши. Деловите со високи барања треба да се термички обработат во вакуумска печка или водородна печка (може да се користи и метод на јонско бомбардирање) на соодветна температура и време за да се прочисти површината на деловите. Исчистените делови не треба да доаѓаат во контакт со масни предмети или голи раце. Тие веднаш треба да се стават во следниот процес или во машина за сушење. Не треба да бидат изложени на воздух долго време. Керамичките делови треба да се чистат со ацетон и ултразвук, да се измијат со млаз вода и конечно да се варат двапати со дејонизирана вода по 15 минути секој пат.

Премачкувањето со паста е важен процес на метализација на керамиката. За време на премачкувањето, се нанесува на керамичката површина што треба да се метализира со четка или машина за премачкување со паста. Дебелината на премазот е генерално 30 ~ 60 mm. Пастата генерално се подготвува од чист метален прав (понекогаш се додава соодветен метален оксид) со големина на честички од околу 1 ~ 5 μm и органско лепило.

Залепените керамички делови се испраќаат во водородна печка и се синтеруваат со влажен водород или испукан амонијак на 1300 ~ 1500 ℃ во период од 30 ~ 60 минути. Керамичките делови обложени со хидриди треба да се загреат до околу 900 ℃ за да се разградат хидридите и да реагираат со чист метал или титаниум (или циркониум) што останува на керамичката површина за да се добие метален слој на керамичката површина.

За метализираниот слој MoMn, за да се навлажни со лемењето, слој од никел од 1,4 ~ 5 μm мора да се електрогалванира или обложи со слој од никел во прав. Ако температурата на лемење е пониска од 1000 ℃, слојот од никел треба претходно да се синтерува во водородна печка. Температурата и времето на синтерување се 1000 ℃ / 15 ~ 20 минути.

Третираната керамика се метални делови, кои треба да се склопат во целина со нерѓосувачки челик или графит и керамички калапи. Лемењето треба да се постави на споевите, а работниот дел треба да се одржува чист во текот на целата работа и не треба да се допира со голи раце.

Лемењето треба да се изведува во аргонска, водородна или вакуумска печка. Температурата на лемење зависи од металот за полнење на лемењето. За да се спречи пукање на керамичките делови, брзината на ладење не треба да биде пребрза. Покрај тоа, лемењето може да примени и одреден притисок (околу 0,49 ~ 0,98 mpa).

Покрај проверката на квалитетот на површината, лемените заварени споеви треба да бидат предмет и на проверка на термички шок и механички својства. Деловите за заптивање за вакуумски уреди мора да бидат предмет и на тест за протекување во согласност со релевантните прописи.

(2) Директно лемење при директно лемење (метод на активен метал), прво исчистете ја површината на керамичките и металните заварени споеви, а потоа склопете ги. За да се избегнат пукнатини предизвикани од различни коефициенти на термичка експанзија на составните материјали, тампон слојот (еден или повеќе слоеви метални лимови) може да се ротира помеѓу заварените споеви. Металот за полнење за лемење треба да се стегне помеѓу два заварени споеви или да се постави на позиција каде што празнината е исполнета со метал за полнење за лемење колку што е можно повеќе, а потоа лемењето треба да се изврши како обично вакуумско лемење.

Доколку за директно лемење се користи лем Ag Cu Ti, треба да се усвои методот на вакуумско лемење. Кога степенот на вакуум во печката ќе достигне 2,7 ×, започнете со загревање на 10-3pa, и температурата може брзо да се зголеми во тој момент; кога температурата е блиску до точката на топење на лемењето, температурата треба полека да се зголемува за да се изедначи температурата на сите делови од заварениот материјал; кога лемењето ќе се стопи, температурата треба брзо да се зголеми до температурата на лемење, а времето на задржување треба да биде 3-5 минути; за време на ладењето, треба полека да се олади до 700 ℃, а може да се лади природно со печката по 700 ℃.

Кога активниот лем од Ti-Cu се леми директно, формата на лемење може да биде Cu фолија плус Ti прав или Cu делови плус Ti фолија, или керамичката површина може да биде обложена со Ti прав плус Cu фолија. Пред лемење, сите метални делови треба да се дегазираат со вакуум. Температурата на дегазирање на безоксигенскиот бакар треба да биде 750 ~ 800 ℃, а Ti, Nb, Ta итн. треба да се дегазираат на 900 ℃ за 15 минути. Во овој момент, степенот на вакуум не треба да биде помал од 6,7 × 10-3Pa. За време на лемење, склопете ги компонентите што треба да се заварат во склопот, загрејте ги во вакуумска печка на 900 ~ 1120 ℃, а времето на држење е 2 ~ 5 минути. За време на целиот процес на лемење, степенот на вакуум не треба да биде помал од 6,7 × 10-3Pa.

Процесот на лемење на методот Ti Ni е сличен на оној на методот Ti Cu, а температурата на лемење е 900 ± 10 ℃.

(3) Метод на оксидно лемење Методот на оксидно лемење е метод за остварување на сигурно поврзување со користење на стаклената фаза формирана со топење на оксиден лем за да се инфилтрира во керамиката и да ја навлажни металната површина. Може да поврзе керамика со керамика и керамика со метали. Металите за полнење со оксидно лемење се составени главно од Al2O3, Cao, Bao и MgO. Со додавање на B2O3, Y2O3 и ta2o3, може да се добијат метали за полнење со лемење со различни точки на топење и коефициенти на линеарна експанзија. Покрај тоа, металите за полнење со флуоридно лемење со CaF2 и NaF како главни компоненти може да се користат и за поврзување на керамика и метали за да се добијат споеви со висока цврстина и висока отпорност на топлина.