Lodning af keramik og metaller

1. Loddeevne

Det er vanskeligt at lodde keramik og keramik-, keramik- og metalkomponenter. Det meste af loddet danner en kugle på den keramiske overflade med ringe eller ingen befugtning. Loddemetal, der kan befugte keramik, danner let en række sprøde forbindelser (såsom karbider, silicider og ternære eller multivariate forbindelser) ved samlingsgrænsefladen under lodning. Tilstedeværelsen af ​​disse forbindelser påvirker samlingens mekaniske egenskaber. Derudover vil der på grund af den store forskel i termiske udvidelseskoefficienter mellem keramik, metal og lodning være restspænding i samlingen efter loddetemperaturen er afkølet til stuetemperatur, hvilket kan forårsage revner i samlingen.

Loddemets befugtningsevne på den keramiske overflade kan forbedres ved at tilsætte aktive metalelementer til det almindelige lod; Lav temperatur og kort lodningstid kan reducere effekten af ​​grænsefladereaktion; Samlingens termiske spænding kan reduceres ved at designe en passende samlingsform og bruge et enkelt- eller flerlagsmetal som mellemlag.

2. Lodde

Keramik og metal forbindes normalt i vakuumovne eller brint-argonovne. Ud over de generelle egenskaber bør loddemetaller til elektroniske vakuumenheder også have nogle særlige krav. For eksempel bør loddet ikke indeholde elementer, der producerer højt damptryk, for ikke at forårsage dielektrisk lækage og katodeforgiftning af enhederne. Det er generelt specificeret, at når enheden er i drift, må loddets damptryk ikke overstige 10-3 Pa, og de indeholdte urenheder med højt damptryk må ikke overstige 0,002% ~ 0,005%; Loddemetalens w(o) må ikke overstige 0,001% for at undgå vanddamp, der genereres under lodning i brint, hvilket kan forårsage stænk af smeltet loddemetal; Derudover skal loddet være rent og fri for overfladeoxider.

Ved lodning efter keramisk metallisering kan kobber, basiskobber, sølvkobber, guldkobber og andre legeringer af lodningstilsatsmetaller anvendes.

Til direkte lodning af keramik og metaller skal der vælges loddemetaller indeholdende de aktive elementer Ti og Zr. De binære lodmetaller er primært TiCu og TiNi, som kan anvendes ved 1100 ℃. Blandt det ternære loddemetal er AgCuTi(W)(TI) det mest almindeligt anvendte loddemetal, som kan anvendes til direkte lodning af forskellige keramikker og metaller. Det ternære loddemetal kan anvendes som folie, pulver eller eutektisk AgCu-loddemetal med Ti-pulver. B-ti49be2 loddemetal har lignende korrosionsbestandighed som rustfrit stål og lavt damptryk. Det kan fortrinsvis vælges til vakuumforsegling af samlinger med oxidations- og lækagemodstand. I ti-v-cr-lodning er smeltetemperaturen den laveste (1620 ℃), når w(V) er 30%, og tilsætning af Cr kan effektivt reducere smeltetemperaturintervallet. B-ti47.5ta5-lodning uden Cr er blevet brugt til direkte lodning af aluminiumoxid og magnesiumoxid, og dets samling kan fungere ved en omgivelsestemperatur på 1000 ℃. Tabel 14 viser den aktive flux for direkte forbindelse mellem keramik og metal.

Tabel 14 aktive loddetilsatsmetaller til keramik- og metallodning

2. Loddeteknologi

Præmetalliserede keramikker kan loddes i et miljø med inert gas med høj renhed, brint eller vakuum. Vakuumlodning anvendes generelt til direkte lodning af keramik uden metallisering.

(1) Universel loddeproces Den universelle loddeproces af keramik og metal kan opdeles i syv processer: overfladerensning, pastabelægning, metallisering af keramiske overflader, fornikling, lodning og eftersvejsningsinspektion.

Formålet med overfladerensning er at fjerne oliepletter, svedpletter og oxidfilm på overfladen af ​​basismetaller. Metaldelene og loddet skal først affedtes, derefter fjernes oxidfilmen ved syre- eller alkalivask, vaskes med rindende vand og tørres. Dele med høje krav skal varmebehandles i vakuumovn eller hydrogenovn (ionbombardementsmetoden kan også anvendes) ved passende temperatur og tid for at rense delenes overflade. De rengjorte dele må ikke komme i kontakt med fedtede genstande eller bare hænder. De skal straks sættes i den næste proces eller i tørretumbleren. De må ikke udsættes for luft i længere tid. Keramiske dele skal rengøres med acetone og ultralyd, vaskes med rindende vand og til sidst koges to gange med deioniseret vand i 15 minutter hver gang.

Pastabelægning er en vigtig proces inden for keramisk metallisering. Under belægningen påføres den på den keramiske overflade, der skal metalliseres, med en pensel eller pastabelægningsmaskine. Belægningstykkelsen er generelt 30 ~ 60 mm. Pastaen fremstilles generelt af rent metalpulver (nogle gange tilsættes passende metaloxid) med en partikelstørrelse på ca. 1 ~ 5 µm og organisk klæbemiddel.

De limede keramiske dele sendes til en hydrogenovn og sintres med våd hydrogen eller krakket ammoniak ved 1300 ~ 1500 ℃ i 30 ~ 60 minutter. Keramiske dele, der er belagt med hydrider, skal opvarmes til ca. 900 ℃ for at nedbryde hydriderne og reagere med rent metal eller titanium (eller zirconium), der er tilbage på den keramiske overflade, for at opnå en metalbelægning på den keramiske overflade.

For at gøre det metalliserede MoMn-lag vådt med loddet, skal et nikkellag på 1,4 ~ 5 µm galvaniseres eller belægges med et lag nikkelpulver. Hvis loddetemperaturen er lavere end 1000 ℃, skal nikkellaget forsintres i en hydrogenovn. Sintringstemperaturen og -tiden er 1000 ℃ / 15 ~ 20 min.

De behandlede keramikdele er metaldele, som skal samles til en helhed med forme af rustfrit stål eller grafit og keramik. Der skal loddes ved samlingerne, og emnet skal holdes rent under hele operationen og må ikke berøres med bare hænder.

Lodning skal udføres i en argon-, hydrogen- eller vakuumovn. Loddetemperaturen afhænger af loddetilsatsen. For at forhindre revner i keramiske dele må afkølingshastigheden ikke være for hurtig. Derudover kan lodning også påføre et vist tryk (ca. 0,49 ~ 0,98 mpa).

Ud over overfladekvalitetsinspektionen skal de loddede svejsninger også underkastes termisk stød- og mekanisk egenskabsinspektion. Tætningsdelene til vakuumanordninger skal også underkastes lækagetest i henhold til relevante regler.

(2) Direkte lodning Ved direkte lodning (aktivmetalmetoden) skal overfladen af ​​de keramiske og metalsvejsede samlinger først rengøres, og derefter samles de. For at undgå revner forårsaget af forskellige termiske udvidelseskoefficienter i komponentmaterialerne kan bufferlaget (et eller flere lag metalplader) roteres mellem svejsningerne. Loddemetal skal fastspændes mellem to svejsninger eller placeres på det sted, hvor mellemrummet er fyldt med loddemetal så meget som muligt, og derefter skal lodningen udføres som almindelig vakuumlodning.

Hvis der anvendes Ag Cu Ti-lodning til direkte lodning, skal vakuumlodningsmetoden anvendes. Når vakuumgraden i ovnen når 2,7 ×, startes opvarmningen ved 10-3 Pa, og temperaturen kan stige hurtigt på dette tidspunkt; Når temperaturen er tæt på loddets smeltepunkt, skal temperaturen hæves langsomt for at få temperaturen på alle dele af svejsningen til at være den samme; Når loddet er smeltet, skal temperaturen hurtigt hæves til loddetemperaturen, og holdetiden skal være 3 ~ 5 minutter; Under afkøling skal det afkøles langsomt før 700 ℃, og det kan afkøles naturligt med ovnen efter 700 ℃.

Når TiCu-aktivt loddemetal direkte loddes, kan loddet være Cu-folie plus Ti-pulver eller Cu-dele plus Ti-folie, eller den keramiske overflade kan belægges med Ti-pulver plus Cu-folie. Før lodning skal alle metaldele afgasses ved vakuum. Afgasningstemperaturen for iltfrit kobber skal være 750 ~ 800 ℃, og Ti, Nb, Ta osv. skal afgasses ved 900 ℃ i 15 minutter. Vakuumgraden må ikke være mindre end 6,7 × 10⁻³ Pa. Under lodning samles de komponenter, der skal svejses, i fiksturen, og de opvarmes i vakuumovnen til 900 ~ 1120 ℃, og holdetiden er 2 ~ 5 minutter. Under hele loddeprocessen må vakuumgraden ikke være mindre end 6,7 × 10⁻³ Pa.

Lodningsprocessen for Ti Ni-metoden ligner den for Ti Cu-metoden, og loddetemperaturen er 900 ± 10 ℃.

(3) Oxidlodningsmetode Oxidlodningsmetode er en metode til at opnå pålidelig forbindelse ved at bruge glasfasen dannet ved smeltning af oxidlodning til at infiltrere i keramik og befugte metaloverfladen. Den kan forbinde keramik med keramik og keramik med metaller. Oxidlodningstilsatsmetaller består hovedsageligt af Al2O3, Cao, Bao og MgO. Ved at tilsætte B2O3, Y2O3 og ta2o3 kan der opnås loddetilsatsmetaller med forskellige smeltepunkter og lineære udvidelseskoefficienter. Derudover kan fluoridlodningstilsatsmetaller med CaF2 og NaF som hovedkomponenter også bruges til at forbinde keramik og metaller for at opnå samlinger med høj styrke og høj varmebestandighed.