Seramik ve metallerin lehimlenmesi

1. Lehimlenebilirlik

Seramik ve seramik, seramik ve metal bileşenlerin sert lehimlenmesi zordur.Lehimin çoğu, seramik yüzey üzerinde çok az ıslanma ile veya hiç ıslanma olmadan bir top oluşturur.Seramikleri ıslatabilen sert lehim dolgu metali, lehimleme sırasında bağlantı ara yüzeyinde çeşitli kırılgan bileşikler (karbürler, silisitler ve üçlü veya çok değişkenli bileşikler gibi) oluşturmak kolaydır.Bu bileşiklerin varlığı, eklemin mekanik özelliklerini etkiler.Ek olarak, seramik, metal ve lehim arasındaki büyük termal genleşme katsayıları farkı nedeniyle, lehimleme sıcaklığı oda sıcaklığına soğutulduktan sonra bağlantıda artık gerilme olacaktır ve bu da bağlantı çatlamasına neden olabilir.

Lehimin seramik yüzey üzerindeki ıslanabilirliği, adi lehime aktif metal elementler eklenerek geliştirilebilir;Düşük sıcaklık ve kısa süreli lehimleme, arayüz reaksiyonunun etkisini azaltabilir;Uygun bir bağlantı formu tasarlanarak ve ara katman olarak tek veya çok katmanlı metal kullanılarak bağlantının termal gerilimi azaltılabilir.

2. Lehim

Seramik ve metal genellikle vakum fırınında veya hidrojen ve argon fırınında birleştirilir.Genel özelliklere ek olarak, vakumlu elektronik cihazlar için sert lehim dolgu metalleri de bazı özel gereksinimlere sahip olmalıdır.Örneğin lehim, dielektrik sızıntısına ve cihazların katot zehirlenmesine neden olmamak için yüksek buhar basıncı üreten elementler içermemelidir.Cihaz çalışırken, lehimin buhar basıncının 10-3pa'yı geçmemesi ve içerdiği yüksek buhar basıncı safsızlıklarının %0,002 ~ %0,005'i geçmemesi genel olarak belirtilir;Lehimin w (o) değeri, hidrojende sert lehimleme sırasında oluşan ve erimiş lehim metalinin sıçramasına neden olabilecek su buharını önlemek için %0,001'i geçmemelidir;Ayrıca lehimin temiz ve yüzey oksitlerinden arındırılmış olması gerekir.

Seramik metalizasyonundan sonra lehimleme yapılırken bakır, baz, gümüş bakır, altın bakır ve diğer alaşımlı sert lehim dolgu metalleri kullanılabilir.

Seramik ve metallerin doğrudan lehimlenmesi için, Ti ve Zr aktif elementlerini içeren sert lehim dolgu metalleri seçilecektir.İkili dolgu metalleri esas olarak 1100 ℃'de kullanılabilen Ti Cu ve Ti Ni'dir.Üçlü lehimler arasında Ag Cu Ti (W) (TI), çeşitli seramik ve metallerin doğrudan lehimlenmesi için kullanılabilen en yaygın kullanılan lehimdir.Üçlü dolgu metali folyo, toz veya Ti tozu ile Ag Cu ötektik dolgu metali ile kullanılabilir.B-ti49be2 sert lehim dolgu metali, paslanmaz çeliğe ve düşük buhar basıncına benzer korozyon direncine sahiptir.Oksidasyon ve sızıntı direncine sahip vakum contalı derzlerde tercihli olarak seçilebilir.Ti-v-cr lehiminde, w (V) %30 olduğunda erime sıcaklığı en düşüktür (1620 ℃) ​​ve Cr ilavesi erime sıcaklığı aralığını etkili bir şekilde azaltabilir.Alümina ve magnezyum oksitin doğrudan lehimlenmesi için Cr içermeyen B-ti47.5ta5 lehim kullanılmıştır ve eklemi 1000 ℃ ortam sıcaklığında çalışabilir.Tablo 14, seramik ve metal arasındaki doğrudan bağlantı için aktif akıyı göstermektedir.

Tablo 14 Seramik ve metal lehimleme için aktif sert lehim dolgu metalleri

2. Lehimleme teknolojisi

Önceden metalize edilmiş seramikler, yüksek saflıkta inert gaz, hidrojen veya vakum ortamında lehimlenebilir.Vakumlu lehimleme genellikle seramiklerin metalizasyon olmadan doğrudan lehimlenmesi için kullanılır.

(1) Evrensel lehimleme işlemi Seramik ve metalin evrensel lehimleme işlemi yedi işleme ayrılabilir: yüzey temizleme, macun kaplama, seramik yüzey metalleştirme, nikel kaplama, lehimleme ve kaynak sonrası inceleme.

Yüzey temizliğinin amacı, ana metal yüzeyindeki yağ lekesi, ter lekesi ve oksit filminin çıkarılmasıdır.Önce metal parçalar ve lehim yağdan arındırılmalı, ardından oksit film asit veya alkali yıkama ile çıkarılmalı, akan su ile yıkanmalı ve kurutulmalıdır.Yüksek gereksinimleri olan parçalar, parçaların yüzeyini arındırmak için uygun sıcaklık ve zamanda vakumlu fırında veya hidrojen fırınında (iyon bombardımanı yöntemi de kullanılabilir) ısıl işleme tabi tutulur.Temizlenen parçalar yağlı nesnelerle veya çıplak elle temas ettirilmemelidir.Hemen bir sonraki prosese veya kurutucuya konulacaktır.Uzun süre havaya maruz bırakılmazlar.Seramik parçalar aseton ve ultrasonik ile temizlenmeli, akan su ile yıkanmalı ve son olarak 2 defa deiyonize su ile her seferinde 15 dakika kaynatılmalıdır.

Macun kaplama, seramik metalizasyonunun önemli bir işlemidir.Kaplama sırasında metalize edilecek seramik yüzeye fırça veya macun kaplama makinesi ile uygulanır.Kaplama kalınlığı genellikle 30 ~ 60 mm'dir.Macun genellikle, partikül boyutu yaklaşık 1 ~ 5um ve organik yapışkan olan saf metal tozundan (bazen uygun metal oksit eklenir) hazırlanır.

Yapıştırılan seramik parçalar bir hidrojen fırınına gönderilir ve 1300 ~ 1500 ℃'de 30 ~ 60 dakika boyunca ıslak hidrojen veya kırık amonyak ile sinterlenir.Hidritlerle kaplanmış seramik parçalar için, hidritleri ayrıştırmak ve seramik yüzeyde metal bir kaplama elde etmek için seramik yüzeyde kalan saf metal veya titanyum (veya zirkonyum) ile reaksiyona girmek için yaklaşık 900 ℃'ye ısıtılmalıdır.

Mo Mn metalize tabaka için, lehimle ıslanması için, 1.4 ~ 5um'luk bir nikel tabakası elektroliz edilmeli veya bir nikel tozu tabakası ile kaplanmalıdır.Lehimleme sıcaklığı 1000 ℃'den düşükse, nikel tabakasının bir hidrojen fırınında önceden sinterlenmesi gerekir.Sinterleme sıcaklığı ve süresi 1000 ℃ /15 ~ 20dk'dır.

Muamele edilen seramikler, paslanmaz çelik veya grafit ve seramik kalıplarla bir bütün haline getirilmesi gereken metal parçalardır.Birleşim yerlerine lehim takılacak ve iş parçası işlem boyunca temiz tutulacak ve çıplak elle dokunulmayacaktır.

Lehimleme argon, hidrojen veya vakum fırınında yapılacaktır.Lehimleme sıcaklığı, lehim dolgu metaline bağlıdır.Seramik parçaların çatlamasını önlemek için soğutma hızı çok hızlı olmamalıdır.Ek olarak, lehimleme belirli bir basınç da uygulayabilir (yaklaşık 0.49 ~ 0.98mpa).

Yüzey kalitesi denetimine ek olarak, lehimli kaynaklar ayrıca termal şok ve mekanik özellik denetimine tabi olacaktır.Vakum cihazlarının sızdırmazlık parçaları da ilgili yönetmeliklere göre sızıntı testine tabi tutulmalıdır.

(2) Doğrudan lehimleme sırasında doğrudan lehimleme (aktif metal yöntemi), önce seramik ve metal kaynakların yüzeyini temizleyin ve ardından bunları birleştirin.Bileşen malzemelerinin farklı termal genleşme katsayılarının neden olduğu çatlakları önlemek için tampon katman (bir veya daha fazla metal levha katmanı) kaynaklar arasında döndürülebilir.Sert lehim dolgu metali iki kaynak arasına sıkıştırılmalı veya boşluğun mümkün olduğunca sert lehim dolgu metali ile doldurulduğu konuma yerleştirilmeli ve ardından lehimleme sıradan vakumlu lehimleme gibi yapılmalıdır.

Doğrudan lehimleme için Ag Cu Ti lehim kullanılıyorsa, vakumlu lehimleme yöntemi benimsenecektir.Fırındaki vakum derecesi 2,7 × 10-3pa'da ısıtmaya başlayın ve bu sırada sıcaklık hızla yükselebilir;Sıcaklık lehimin erime noktasına yakın olduğunda, kaynağın tüm parçalarının sıcaklığının aynı olmasını sağlamak için sıcaklık yavaşça yükseltilmelidir;Lehim eritildiğinde, sıcaklık hızla lehimleme sıcaklığına yükseltilecek ve tutma süresi 3 ~ 5dk olacaktır;Soğutma sırasında 700 ℃'den önce yavaşça soğutulur ve 700 ℃'den sonra fırınla ​​doğal olarak soğutulabilir.

Ti Cu aktif lehim doğrudan lehimlendiğinde, lehim şekli Cu folyo artı Ti tozu veya Cu parçalar artı Ti folyo olabilir veya seramik yüzey Ti tozu artı Cu folyo ile kaplanabilir.Lehimlemeden önce, tüm metal parçalar vakumla gazdan arındırılacaktır.Oksijensiz bakırın gazdan arındırma sıcaklığı 750 ~ 800 ℃ olacaktır ve Ti, Nb, Ta vb. 15 dakika boyunca 900 ℃'de gazdan arındırılacaktır.Bu sırada, vakum derecesi 6,7 × 10-3Pa。'den az olmamalıdır. Sert lehimleme sırasında, kaynaklanacak bileşenleri fikstürde birleştirin, bunları vakumlu fırında 900 ~ 1120 ℃'ye ısıtın ve tutma süresi 2 ~ 5 dakika.Tüm lehimleme işlemi sırasında, vakum derecesi 6,7 × 10-3Pa'dan az olmamalıdır.

Ti Ni yönteminin lehimleme işlemi Ti Cu yöntemine benzer ve lehimleme sıcaklığı 900 ± 10 ℃'dir.

(3) Oksit lehimleme yöntemi Oksit lehimleme yöntemi, oksit lehimin ergitilmesiyle oluşan cam fazın seramiklere sızması ve metal yüzeyi ıslatmasıyla güvenilir bağlantı gerçekleştirme yöntemidir.Seramiği seramikle, seramiği metalle bağlayabilir.Oksit lehimleme dolgu metalleri esas olarak Al2O3, Cao, Bao ve MgO'dan oluşur.B2O3, Y2O3 ve ta2o3 eklenerek çeşitli erime noktalarına ve lineer genleşme katsayılarına sahip sert lehim dolgu metalleri elde edilebilir.Ek olarak, ana bileşenler olarak CaF2 ve NaF içeren florürlü sert lehim dolgu metalleri, seramik ve metalleri birleştirmek için yüksek mukavemetli ve yüksek ısı direncine sahip derzler elde etmek için de kullanılabilir.