Pagpapatigas ng mga seramiko at metal

1. Kakayahang magpatigas

Mahirap i-braze ang mga bahaging seramiko at seramiko, seramiko, at metal. Karamihan sa mga solder ay bumubuo ng bola sa ibabaw ng seramiko, na may kaunti o walang pagkabasa. Ang filler metal na maaaring magbasa ng mga seramiko ay madaling bumuo ng iba't ibang malutong na compound (tulad ng mga carbide, silicide, at ternary o multivariate compound) sa interface ng joint habang pinapatigas. Ang pagkakaroon ng mga compound na ito ay nakakaapekto sa mga mekanikal na katangian ng joint. Bukod pa rito, dahil sa malaking pagkakaiba ng mga thermal expansion coefficient sa pagitan ng seramiko, metal, at solder, magkakaroon ng residual stress sa joint pagkatapos lumamig ang temperatura ng pagpapatigas sa temperatura ng kuwarto, na maaaring magdulot ng pagbitak ng joint.

Ang pagkabasa ng panghinang sa ibabaw ng seramik ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga aktibong elemento ng metal sa karaniwang panghinang; Ang mababang temperatura at maikling panahon ng pagpapatigas ay maaaring makabawas sa epekto ng reaksyon ng interface; Ang thermal stress ng dugtungan ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng pagdidisenyo ng angkop na hugis ng dugtungan at paggamit ng isang solong o maraming patong na metal bilang intermediate layer.

2. Panghinang

Karaniwang pinagdudugtong ang seramiko at metal sa vacuum furnace o hydrogen at argon furnace. Bukod sa mga pangkalahatang katangian, ang mga filler metal para sa pagpapatigas ng mga vacuum electronic device ay dapat ding magkaroon ng ilang mga espesyal na kinakailangan. Halimbawa, ang panghinang ay hindi dapat maglaman ng mga elementong lumilikha ng mataas na presyon ng singaw, upang hindi magdulot ng dielectric leakage at cathode poisoning ng mga device. Karaniwang tinutukoy na kapag gumagana ang device, ang presyon ng singaw ng panghinang ay hindi dapat lumagpas sa 10-3pa, at ang mga impurities na nakapaloob sa mataas na presyon ng singaw ay hindi dapat lumagpas sa 0.002% ~ 0.005%; Ang w(o) ng panghinang ay hindi dapat lumagpas sa 0.001%, upang maiwasan ang singaw ng tubig na nabubuo habang nagpapatigas sa hydrogen, na maaaring magdulot ng pagtalsik ng tinunaw na metal na panghinang; Bukod pa rito, ang panghinang ay dapat malinis at walang mga surface oxide.

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

Para sa direktang pagpapatigas ng mga seramika at metal, dapat piliin ang mga filler metal na naglalaman ng mga aktibong elementong Ti at Zr. Ang mga binary filler metal ay pangunahing Ti Cu at Ti Ni, na maaaring gamitin sa 1100 ℃. Sa mga ternary solder, ang Ag Cu Ti (W) (TI) ang pinakakaraniwang ginagamit na solder, na maaaring gamitin para sa direktang pagpapatigas ng iba't ibang seramika at metal. Ang ternary filler metal ay maaaring gamitin sa pamamagitan ng foil, pulbos o Ag Cu eutectic filler metal na may Ti powder. Ang B-ti49be2 brazing filler metal ay may katulad na resistensya sa kalawang sa hindi kinakalawang na asero at mababang presyon ng singaw. Maaari itong piliin nang mas mainam sa mga vacuum sealing joint na may resistensya sa oksihenasyon at pagtagas. 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 saklaw 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 dugtungan nito ay maaaring gumana sa temperaturang nasa paligid na 1000 ℃. Ipinapakita ng Talahanayan 14 ang aktibong daloy para sa direktang koneksyon sa pagitan ng seramiko at metal.

Talahanayan 14 aktibong pagpapatigas ng mga filler metal para sa pagpapatigas ng seramiko at metal

2. Teknolohiya ng pagpapatigas

Ang mga pre-metalized ceramics ay maaaring i-braze sa high-purity inert gas, hydrogen o vacuum environment. Ang vacuum brazing ay karaniwang ginagamit para sa direktang pagpapabraze ng mga ceramics nang walang metallization.

(1) Proseso ng unibersal na pagpapatigas Ang proseso ng unibersal na pagpapatigas ng seramiko at metal ay maaaring hatiin sa pitong proseso: paglilinis ng ibabaw, patong ng pasta, metalisasyon ng ibabaw ng seramiko, kalupkop na nickel, pagpapatigas at inspeksyon pagkatapos ng pagwelding.

Ang layunin ng paglilinis ng ibabaw ay alisin ang mantsa ng langis, mantsa ng pawis, at oxide film sa ibabaw ng base metal. Ang mga bahaging metal at solder ay dapat munang tanggalin ang grasa, pagkatapos ay tanggalin ang oxide film sa pamamagitan ng acid o alkali washing, hugasan ng umaagos na tubig, at patuyuin. Ang mga bahaging may mataas na pangangailangan ay dapat na heat treated sa vacuum furnace o hydrogen furnace (maaari ring gamitin ang ion bombardment method) sa naaangkop na temperatura at oras upang linisin ang ibabaw ng mga bahagi. Ang mga nalinis na bahagi ay hindi dapat dumikit sa mga mamantikang bagay o mga kamay lamang. Dapat itong agad na ilagay sa susunod na proseso o sa dryer. Hindi ito dapat ilantad sa hangin nang matagal. Ang mga bahaging seramik ay dapat linisin gamit ang acetone at ultrasonic, hugasan ng umaagos na tubig, at sa huli ay pakuluan nang dalawang beses gamit ang deionized water sa loob ng 15 minuto sa bawat paghuhugas.

Ang paste coating ay isang mahalagang proseso ng ceramic metallization. Sa panahon ng coating, inilalapat ito sa ibabaw ng ceramic upang i-metallize gamit ang brush o paste coating machine. Ang kapal ng coating ay karaniwang 30 ~ 60mm. Ang paste ay karaniwang inihahanda mula sa purong metal powder (kung minsan ay idinaragdag ang naaangkop na metal oxide) na may laki ng particle na humigit-kumulang 1 ~ 5um at organic adhesive.

Ang mga nakadikit na bahaging seramiko ay ipinapadala sa isang hydrogen furnace at sininter gamit ang basang hydrogen o basag na ammonia sa temperaturang 1300 ~ 1500 ℃ sa loob ng 30 ~ 60 minuto. Para sa mga bahaging seramiko na binalutan ng mga hydride, dapat itong painitin sa humigit-kumulang 900 ℃ upang mabulok ang mga hydride at mag-react sa purong metal o titanium (o zirconium) na natitira sa ibabaw ng seramiko upang makakuha ng patong na metal sa ibabaw ng seramiko.

Para sa patong na may metal na Mo Mn, upang mabasa ito ng panghinang, isang patong na nickel na may bigat na 1.4 ~ 5um ang dapat i-electroplate o pahiran ng isang patong ng pulbos na nickel. Kung ang temperatura ng pagpapatigas ay mas mababa sa 1000 ℃, ang patong na nickel ay kailangang i-pre-sinter sa isang hydrogen furnace. Ang temperatura at oras ng sintering ay 1000 ℃ /15 ~ 20min.

Ang mga ginamot na seramika ay mga bahaging metal, na dapat tipunin nang buo gamit ang hindi kinakalawang na asero o grapayt at mga hulmahang seramika. Dapat ikabit ang panghinang sa mga dugtungan, at ang piraso ng trabaho ay dapat panatilihing malinis sa buong operasyon, at hindi dapat hawakan ng mga kamay lamang.

Ang pagpapatigas ay dapat isagawa sa isang argon, hydrogen o vacuum furnace. Ang temperatura ng pagpapatigas ay depende sa filler metal na ginagamit sa pagpapatigas. Upang maiwasan ang pagbibitak ng mga ceramic na bahagi, ang bilis ng paglamig ay hindi dapat masyadong mabilis. Bukod pa rito, ang pagpapatigas ay maaari ring maglapat ng isang tiyak na presyon (mga 0.49 ~ 0.98mpa).

Bukod sa inspeksyon ng kalidad ng ibabaw, ang mga brazed weldment ay dapat ding sumailalim sa thermal shock at mechanical properties inspection. Ang mga sealing part para sa mga vacuum device ay dapat ding sumailalim sa leakage test ayon sa mga kaugnay na regulasyon.

(2) Direktang pagpapatigas kapag direktang nagpapatigas (aktibong pamamaraan ng metal), linisin muna ang ibabaw ng mga hinang na seramiko at metal, at pagkatapos ay tipunin ang mga ito. Upang maiwasan ang mga bitak na dulot ng iba't ibang koepisyent ng thermal expansion ng mga materyales na bahagi, ang buffer layer (isa o higit pang mga patong ng metal sheet) ay maaaring iikot sa pagitan ng mga hinang. Ang filler metal na pagpapatigas ay dapat ikabit sa pagitan ng dalawang hinang o ilagay sa posisyon kung saan ang puwang ay puno ng filler metal na pagpapatigas hangga't maaari, at pagkatapos ay isasagawa ang pagpapatigas tulad ng ordinaryong vacuum brazing.

Kung ang Ag Cu Ti solder ay ginagamit para sa direktang pagpapatigas, dapat gamitin ang paraan ng vacuum brazing. Kapag ang vacuum degree sa pugon 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 melting point ng solder, ang temperatura ay dapat na dahan-dahang itaas upang ang temperatura ng lahat ng bahagi ng hinang ay malamang na magkapareho; kapag ang solder ay natunaw na, ang temperatura ay dapat na mabilis na itaas sa temperatura ng pagpapatigas, at ang oras ng paghawak ay dapat na 3 ~ 5min; habang pinapalamig, dapat itong palamigin nang dahan-dahan bago ang 700 ℃, at maaari itong palamigin nang natural gamit ang pugon pagkatapos ng 700 ℃.

Kapag direktang pina-braze ang Ti Cu active solder, ang anyo ng solder ay maaaring Cu foil na may Ti powder o mga bahagi ng Cu na may Ti foil, o ang ibabaw ng ceramic ay maaaring pahiran ng Ti powder at Cu foil. Bago magpa-braze, lahat ng bahaging metal ay dapat tanggalin ang gas sa pamamagitan ng vacuum. Ang temperatura ng pag-degas ng oxygen-free copper ay dapat na 750 ~ 800 ℃, at ang Ti, Nb, Ta, atbp. ay dapat tanggalin ang gas sa 900 ℃ sa loob ng 15 minuto. Sa oras na ito, ang vacuum degree ay hindi dapat mas mababa sa 6.7 × 10-3Pa. Habang nagpapa-braze, tipunin ang mga bahaging iwe-weld sa fixture, painitin ang mga ito sa vacuum furnace sa 900 ~ 1120 ℃, at ang holding time ay 2 ~ 5 minuto. Sa buong proseso ng pagpapa-braze, ang vacuum degree 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) Paraan ng pagpapatigas ng oksido Ang paraan ng pagpapatigas ng oksido ay isang paraan upang makamit ang maaasahang koneksyon sa pamamagitan ng paggamit ng glass phase na nabuo sa pamamagitan ng pagtunaw ng oxide solder upang makapasok sa mga seramiko at mabasa ang ibabaw ng metal. Maaari nitong ikonekta ang mga seramiko sa mga seramiko at ang mga seramiko sa mga metal. Ang mga filler metal ng pagpapatigas ng oksido ay pangunahing binubuo ng Al2O3, Cao, Bao at MgO. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng B2O3, Y2O3 at ta2o3, maaaring makuha ang mga filler metal ng pagpapatigas na may iba't ibang melting point at linear expansion coefficient. Bukod pa rito, ang mga filler metal ng pagpapatigas ng fluoride na may CaF2 at NaF bilang pangunahing bahagi ay maaari ding gamitin upang ikonekta ang mga seramiko at metal upang makakuha ng mga joint na may mataas na lakas at mataas na heat resistance.