Pagpapatigas ng mga keramika at metal

1. Brazeability

Mahirap i-braze ang mga bahagi ng ceramic at ceramic, ceramic at metal.Karamihan sa panghinang ay bumubuo ng bola sa ceramic na ibabaw, na may kaunti o walang basa.Ang brazing filler metal na maaaring magbasa ng mga ceramics ay madaling bumuo ng iba't ibang brittle compound (gaya ng carbide, silicides at ternary o multivariate compound) sa magkasanib na interface habang nagpapatigas.Ang pagkakaroon ng mga compound na ito ay nakakaapekto sa mga mekanikal na katangian ng joint.Bilang karagdagan, dahil sa malaking pagkakaiba ng mga thermal expansion coefficient sa mga ceramic, metal at solder, magkakaroon ng natitirang stress sa joint pagkatapos na lumamig ang brazing temperature sa room temperature, na maaaring magdulot ng joint cracking.

Ang pagkabasa ng solder sa ceramic surface ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga aktibong elemento ng metal sa karaniwang panghinang;Ang mababang temperatura at maikling oras na pagpapatigas ay maaaring mabawasan ang epekto ng reaksyon ng interface;Ang thermal stress ng joint ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng pagdidisenyo ng angkop na joint form at paggamit ng single o multi-layer metal bilang intermediate layer.

2. Panghinang

Ang ceramic at metal ay karaniwang konektado sa vacuum furnace o hydrogen at argon furnace.Bilang karagdagan sa mga pangkalahatang katangian, ang mga brazing filler na metal para sa mga vacuum na elektronikong aparato ay dapat ding magkaroon ng ilang mga espesyal na kinakailangan.Halimbawa, ang solder ay hindi dapat maglaman ng mga elemento na gumagawa ng mataas na presyon ng singaw, upang hindi maging sanhi ng dielectric leakage at cathode poisoning ng mga device.Karaniwang tinukoy na kapag ang aparato ay gumagana, ang presyon ng singaw ng panghinang ay hindi lalampas sa 10-3pa, at ang mataas na presyon ng singaw na mga dumi na nilalaman ay hindi dapat lumampas sa 0.002% ~ 0.005%;Ang w (o) ng solder ay hindi dapat lumampas sa 0.001%, upang maiwasan ang singaw ng tubig na nabuo sa panahon ng pagpapatigas sa hydrogen, na maaaring magdulot ng pag-splash ng tinunaw na metal na panghinang;Bilang karagdagan, ang panghinang ay dapat na malinis at walang mga oksido sa ibabaw.

Kapag nagpapatigas pagkatapos ng ceramic metallization, maaaring gamitin ang tanso, base, pilak na tanso, gintong tanso at iba pang haluang metal na pampatigas na tagapuno.

Para sa direktang pagpapatigas ng mga ceramics at metal, ang mga brazing filler na metal na naglalaman ng mga aktibong elemento na Ti at Zr ay dapat piliin.Ang binary filler metal ay pangunahing Ti Cu at Ti Ni, na maaaring magamit sa 1100 ℃.Kabilang sa ternary solder, ang Ag Cu Ti (W) (TI) ay ang pinakakaraniwang ginagamit na solder, na maaaring gamitin para sa direktang pagpapatigas ng iba't ibang keramika at metal.Ang ternary filler metal ay maaaring gamitin sa pamamagitan ng foil, powder o Ag Cu eutectic filler metal na may Ti powder.Ang B-ti49be2 brazing filler metal ay may katulad na corrosion resistance sa hindi kinakalawang na asero at mababang presyon ng singaw.Maaari itong mas pinili sa vacuum sealing joints na may oxidation at leakage resistance.Sa ti-v-cr solder, ang temperatura ng pagkatunaw ay ang pinakamababa (1620 ℃) ​​kapag ang w (V) ay 30%, at ang pagdaragdag ng Cr ay maaaring epektibong mabawasan ang hanay ng temperatura ng pagkatunaw.Ang B-ti47.5ta5 solder na walang Cr ay ginamit para sa direktang pagpapatigas ng alumina at magnesium oxide, at ang joint nito ay maaaring gumana sa ambient temperature na 1000 ℃.Ipinapakita ng talahanayan 14 ang aktibong pagkilos ng bagay para sa direktang koneksyon sa pagitan ng ceramic at metal.

Talahanayan 14 aktibong brazing filler metal para sa ceramic at metal brazing

2. Brazing technology

Ang pre metallized ceramics ay maaaring brazed sa high-purity inert gas, hydrogen o vacuum na kapaligiran.Ang vacuum brazing ay karaniwang ginagamit para sa direktang pagpapatigas ng mga keramika na walang metallization.

(1) Universal brazing process Ang universal brazing process ng ceramic at metal ay maaaring nahahati sa pitong proseso: surface cleaning, paste coating, ceramic surface metallization, nickel plating, brazing at post weld inspection.

Ang layunin ng paglilinis sa ibabaw ay alisin ang mantsa ng langis, mantsa ng pawis at oxide film sa ibabaw ng base metal.Ang mga bahagi ng metal at panghinang ay dapat na degreased muna, pagkatapos ay ang oxide film ay dapat alisin sa pamamagitan ng acid o alkali na paghuhugas, hugasan ng dumadaloy na tubig at tuyo.Ang mga bahagi na may matataas na pangangailangan ay dapat i-heat treated sa vacuum furnace o hydrogen furnace (maaari ding gamitin ang paraan ng pagbobomba ng ion) sa naaangkop na temperatura at oras upang linisin ang ibabaw ng mga bahagi.Ang mga nalinis na bahagi ay hindi dapat madikit sa mamantika na mga bagay o mga kamay.Dapat silang ilagay kaagad sa susunod na proseso o sa dryer.Hindi sila dapat malantad sa hangin sa loob ng mahabang panahon.Ang mga ceramic na bahagi ay dapat linisin ng acetone at ultrasonic, hugasan ng umaagos na tubig, at sa wakas ay pakuluan ng dalawang beses gamit ang deionized na tubig sa loob ng 15min bawat oras.

Ang paste coating ay isang mahalagang proseso ng ceramic metallization.Sa panahon ng patong, ito ay inilapat sa ceramic na ibabaw na metallized sa isang brush o paste coating machine.Ang kapal ng patong ay karaniwang 30 ~ 60mm.Ang i-paste ay karaniwang inihanda mula sa purong metal na pulbos (kung minsan ay idinagdag ang naaangkop na metal oxide) na may sukat na maliit na butil na humigit-kumulang 1 ~ 5um at organikong pandikit.

Ang mga nakadikit na ceramic na bahagi ay ipinadala sa isang hydrogen furnace at sintered gamit ang basang hydrogen o basag na ammonia sa 1300 ~ 1500 ℃ sa loob ng 30 ~ 60min.Para sa mga ceramic na bahagi na pinahiran ng hydrides, dapat silang painitin sa humigit-kumulang 900 ℃ upang mabulok ang mga hydrides at tumutugon sa purong metal o titanium (o zirconium) na natitira sa ceramic surface upang makakuha ng metal coating sa ceramic surface.

Para sa Mo Mn metallized layer, upang mabasa ito ng solder, ang nickel layer na 1.4 ~ 5um ay dapat na electroplated o pinahiran ng isang layer ng nickel powder.Kung ang temperatura ng pagpapatigas ay mas mababa sa 1000 ℃, ang nickel layer ay kailangang i-pre sintered sa isang hydrogen furnace.Ang temperatura at oras ng sintering ay 1000 ℃ /15 ~ 20min.

Ang mga ginagamot na ceramics ay mga bahagi ng metal, na dapat tipunin sa isang buo na may hindi kinakalawang na asero o grapayt at ceramic molds.Ang panghinang ay dapat i-install sa mga joints, at ang workpiece ay dapat panatilihing malinis sa buong operasyon, at hindi dapat hawakan ng hubad na mga kamay.

Ang pagpapatigas ay dapat isagawa sa isang argon, hydrogen o vacuum furnace.Ang brazing temperature ay depende sa brazing filler metal.Upang maiwasan ang pag-crack ng mga ceramic na bahagi, ang bilis ng paglamig ay hindi dapat masyadong mabilis.Bilang karagdagan, ang pagpapatigas ay maaari ding maglapat ng isang tiyak na presyon (mga 0.49 ~ 0.98mpa).

Bilang karagdagan sa inspeksyon sa kalidad ng ibabaw, ang mga brazed weldment ay sasailalim din sa thermal shock at inspeksyon ng mekanikal na ari-arian.Ang mga sealing parts para sa mga vacuum device ay dapat ding sumailalim sa leakage test ayon sa mga nauugnay na regulasyon.

(2) Direktang pagpapatigas kapag direktang nagpapatigas (aktibong pamamaraan ng metal), linisin muna ang ibabaw ng mga ceramic at metal na weldment, at pagkatapos ay tipunin ang mga ito.Upang maiwasan ang mga bitak na dulot ng iba't ibang thermal expansion coefficient ng mga sangkap na materyales, ang buffer layer (isa o higit pang mga layer ng metal sheet) ay maaaring paikutin sa pagitan ng mga weld.Ang brazing filler metal ay dapat i-clamp sa pagitan ng dalawang weldment o ilagay sa posisyon kung saan ang puwang ay puno ng brazing filler metal hangga't maaari, at pagkatapos ay ang brazing ay dapat isagawa tulad ng ordinaryong vacuum brazing.

Kung ang Ag Cu Ti solder ay ginagamit para sa direktang pagpapatigas, ang paraan ng vacuum brazing ay dapat gamitin.Kapag ang vacuum degree sa hurno ay umabot sa 2.7 × Simulan ang pag-init sa 10-3pa, at ang temperatura ay maaaring tumaas nang mabilis sa oras na ito;Kapag ang temperatura ay malapit sa natutunaw na punto ng panghinang, ang temperatura ay dapat na mabagal na itaas upang ang temperatura ng lahat ng bahagi ng weldment ay malamang na pareho;Kapag ang panghinang ay natunaw, ang temperatura ay dapat na mabilis na itataas sa temperatura ng pagpapatigas, at ang oras ng paghawak ay dapat na 3 ~ 5min;Sa panahon ng paglamig, dapat itong palamigin nang dahan-dahan bago ang 700 ℃, at maaari itong natural na palamig sa pugon pagkatapos ng 700 ℃.

Kapag ang aktibong panghinang ng Ti Cu ay direktang naka-brazed, ang anyo ng panghinang ay maaaring Cu foil plus Ti powder o Cu parts plus Ti foil, o ang ceramic surface ay maaaring lagyan ng Ti powder plus Cu foil.Bago ang pagpapatigas, ang lahat ng mga bahagi ng metal ay dapat ma-degassed sa pamamagitan ng vacuum.Ang degassing na temperatura ng oxygen free na tanso ay dapat na 750 ~ 800 ℃, at Ti, Nb, Ta, atbp. ay dapat ma-degassed sa 900 ℃ sa loob ng 15min.Sa oras na ito, ang antas ng vacuum ay hindi dapat mas mababa sa 6.7 × 10-3Pa. Sa panahon ng pagpapatigas, tipunin ang mga sangkap na hinangin sa kabit, painitin ang mga ito sa vacuum furnace sa 900 ~ 1120 ℃, at ang oras ng paghawak ay 2 ~ 5min.Sa buong proseso ng pagpapatigas, ang antas ng vacuum ay hindi dapat mas mababa sa 6.7 × 10-3Pa.

Ang proseso ng pagpapatigas ng pamamaraang Ti Ni ay katulad ng sa pamamaraang Ti Cu, at ang temperatura ng pagpapatigas ay 900 ± 10 ℃.

(3) Oxide brazing method Ang oxide brazing method ay isang paraan upang mapagtanto ang maaasahang koneksyon sa pamamagitan ng paggamit ng glass phase na nabuo sa pamamagitan ng pagtunaw ng oxide solder upang makalusot sa mga keramika at mabasa ang ibabaw ng metal.Maaari itong ikonekta ang mga keramika sa mga keramika at mga keramika sa mga metal.Ang oxide brazing filler metal ay pangunahing binubuo ng Al2O3, Cao, Bao at MgO.Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng B2O3, Y2O3 at ta2o3, ang mga brazing filler na metal na may iba't ibang mga melting point at linear expansion coefficient ay maaaring makuha.Bilang karagdagan, ang mga fluoride brazing filler metal na may CaF2 at NaF bilang pangunahing bahagi ay maaari ding gamitin upang ikonekta ang mga keramika at metal upang makakuha ng mga joint na may mataas na lakas at mataas na paglaban sa init.