Keramiikan ja metallien juottaminen

1. Juotettavuus

Keraamisten ja keraamisten sekä metallisten komponenttien juottaminen on vaikeaa. Suurin osa juotteesta muodostaa keraamiselle pinnalle pallon, joka kastuu vain vähän tai ei ollenkaan. Keraamisia kasteleva juotoslisäainemetalli muodostaa helposti erilaisia ​​hauraita yhdisteitä (kuten karbideja, silisidejä ja kolmi- tai monimuuttujayhdisteitä) liitoksen rajapintaan juottamisen aikana. Näiden yhdisteiden olemassaolo vaikuttaa liitoksen mekaanisiin ominaisuuksiin. Lisäksi keraamisen, metallin ja juotteen lämpölaajenemiskertoimien suuren eron vuoksi liitokseen jää jäännösjännitystä juotoslämpötilan jäähdyttyä huoneenlämpötilaan, mikä voi aiheuttaa liitoksen halkeilua.

Juotteen kostuvuutta keraamisella pinnalla voidaan parantaa lisäämällä aktiivisia metallielementtejä tavalliseen juotteeseen; Alhainen lämpötila ja lyhyt juotosaika voivat vähentää rajapintareaktion vaikutusta; Liitoksen lämpöjännitystä voidaan vähentää suunnittelemalla sopiva liitosmuoto ja käyttämällä yksi- tai monikerroksista metallia välikerroksena.

2. Juotos

Keraaminen ja metalli yhdistetään yleensä tyhjiöuunissa tai vety-argonuunissa. Yleisten ominaisuuksien lisäksi tyhjiöelektronisten laitteiden juotoslisäaineilla on oltava myös joitakin erityisvaatimuksia. Esimerkiksi juote ei saa sisältää alkuaineita, jotka tuottavat korkean höyrynpaineen, jotta ei aiheudu dielektristä vuotoa ja laitteiden katodimyrkytystä. Yleisesti on määritelty, että laitteen käytön aikana juotteen höyrynpaine ei saa ylittää 10-3pa:a ja korkean höyrynpaineen epäpuhtauksien määrä ei saa ylittää 0,002–0,005 %. Juotteen w(o)-pitoisuus ei saa ylittää 0,001 %, jotta vältetään vedyn juottamisen aikana syntyvä vesihöyry, joka voi aiheuttaa sulan juotemetallin roiskumista. Lisäksi juotteen on oltava puhdas ja vapaa pintaoksideista.

Keraamisen metalloinnin jälkeen juotettaessa voidaan käyttää kuparia, perus-, hopea-, kulta- ja muita seosjuotteita.

Keramiikan ja metallien suoraan juottamiseen tulee valita aktiivisia alkuaineita Ti ja Zr sisältäviä juotoslisäaineita. Binaariset lisäaineet ovat pääasiassa Ti, Cu ja Ti, Ni, joita voidaan käyttää 1100 ℃:n lämpötilassa. Kolmikomponenttisten juotteiden joukossa Ag, Cu, Ti (W) (TI) on yleisimmin käytetty juote, jota voidaan käyttää erilaisten keramiikan ja metallien suoraan juottamiseen. Kolmikomponenttisena lisäaineena voidaan käyttää foliota, jauhetta tai Ag, Cu -eutektista lisäainetta titaanijauheella. B-ti49be2-juotoslisäaineella on samanlainen korroosionkestävyys kuin ruostumattomalla teräksellä ja alhainen höyrynpaine. Se voidaan valita ensisijaisesti tyhjiötiivisteliitoksiin, joissa on hapettumisen- ja vuotolujuus. Ti-v-cr-juotteessa sulamislämpötila on alimmillaan (1620 ℃), kun w (V) on 30 %, ja Cr:n lisääminen voi tehokkaasti pienentää sulamislämpötila-aluetta. Alumiinioksidin ja magnesiumoksidin suoraan juottamiseen on käytetty kromitonta B-ti47.5ta5-juotetta, ja sen liitos voi toimia 1000 ℃:n ympäristön lämpötilassa. Taulukossa 14 on esitetty aktiivinen virtaus keraamisen ja metallin suorassa liitoksessa.

Taulukko 14 aktiiviset juotoslisäaineet keraamiseen ja metallien juottamiseen

2. Juotostekniikka

Esimetalloituja keraamia voidaan juottaa erittäin puhtaassa inertissä kaasussa, vedyssä tai tyhjiössä. Tyhjiökuottoa käytetään yleensä keraamien suoraan juottamiseen ilman metallointia.

(1) Yleinen juotosprosessi Keramiikan ja metallin yleinen juotosprosessi voidaan jakaa seitsemään prosessiin: pinnan puhdistus, pastapinnoitus, keraamisen pinnan metallointi, nikkelöinti, juottaminen ja hitsauksen jälkeinen tarkastus.

Pinnanpuhdistuksen tarkoituksena on poistaa öljytahrat, hikitahrat ja oksidikalvo perusmetallin pinnalta. Metalliosat ja juote on ensin rasvattava, minkä jälkeen oksidikalvo on poistettava happo- tai alkalipesulla, pestävä juoksevalla vedellä ja kuivattava. Korkeat vaatimukset täyttävät osat on lämpökäsiteltävä tyhjiö- tai vetyuunissa (voidaan käyttää myös ionipommitusta) sopivassa lämpötilassa ja ajassa osien pinnan puhdistamiseksi. Puhdistetut osat eivät saa joutua kosketuksiin rasvaisten esineiden tai paljaiden käsien kanssa. Ne on laitettava välittömästi seuraavaan prosessiin tai kuivausrumpuun. Niitä ei saa altistaa ilmalle pitkään. Keraamiset osat on puhdistettava asetonilla ja ultraäänellä, pestävä juoksevalla vedellä ja lopuksi keitettävä kahdesti deionisoidulla vedellä 15 minuuttia kerrallaan.

Tahnapinnoitus on tärkeä keraamisen metallointiprosessin vaihe. Pinnoituksen aikana se levitetään metalloitavalle keraamiselle pinnalle siveltimellä tai tahnapinnoituskoneella. Pinnoitteen paksuus on yleensä 30–60 mm. Tahna valmistetaan yleensä puhtaasta metallijauheesta (joskus lisätään sopivaa metallioksidia), jonka hiukkaskoko on noin 1–5 μm, ja orgaanisesta liimasta.

Liimatut keraamiset osat lähetetään vetyuuniin ja sintrataan märällä vedyllä tai krakatulla ammoniakilla 1300–1500 ℃:ssa 30–60 minuutin ajan. Hydridillä päällystetyt keraamiset osat kuumennetaan noin 900 ℃:seen hydridien hajottamiseksi ja reagoimiseksi keraamisella pinnalla jäljellä olevan puhtaan metallin tai titaanin (tai zirkoniumin) kanssa metallipinnoitteen aikaansaamiseksi keraamiselle pinnalle.

MoMn-metalloitu kerros, jotta se kostutetaan juotteella, vaatii 1,4–5 μm:n paksuisen nikkelikerroksen galvanoinnin tai nikkelijauhekerroksen päällystämisen. Jos juotoslämpötila on alle 1000 ℃, nikkelikerros on esisintrattava vetyuunissa. Sintrauslämpötila ja -aika ovat 1000 ℃ / 15–20 minuuttia.

Käsitellyt keramiikkaosat ovat metalliosia, jotka kootaan kokonaisuudeksi ruostumattomasta teräksestä tai grafiitista ja keraamisista muoteista valmistetuilla muoteilla. Liitoksiin asennetaan juotteita, ja työkappale on pidettävä puhtaana koko toimenpiteen ajan, eikä sitä saa koskea paljain käsin.

Juotto on suoritettava argon-, vety- tai tyhjiöuunissa. Juotoslämpötila riippuu juotettavasta lisäaineesta. Keraamisten osien halkeilun estämiseksi jäähdytysnopeuden ei tulisi olla liian nopea. Lisäksi juottamisessa voidaan käyttää myös tiettyä painetta (noin 0,49–0,98 MPa).

Pinnanlaadun tarkastuksen lisäksi juotetuille hitsausliitoksille on tehtävä myös lämpöshokki- ja mekaanisten ominaisuuksien tarkastus. Tyhjiölaitteiden tiivisteosille on myös tehtävä vuototesti asiaankuuluvien määräysten mukaisesti.

(2) Suora juottaminen Suorajuottamisessa (aktiivisen metallin menetelmä) puhdistetaan ensin keraamisten ja metallisten hitsausliitosten pinta ja kokotaan ne sitten. Komponenttimateriaalien erilaisten lämpölaajenemiskertoimien aiheuttamien halkeamien välttämiseksi puskurikerrosta (yksi tai useampi metallilevykerros) voidaan kiertää hitsausliitosten välillä. Juotosmetalli kiinnitetään kahden hitsausliitoksen väliin tai sijoitetaan paikkaan, jossa rako on mahdollisimman hyvin täytetty juotosmetallilla, ja sitten juottaminen suoritetaan kuten tavallinen tyhjiöjuotto.

Jos Ag-Cu-Ti-juotetta käytetään suoraan juottamiseen, on käytettävä tyhjiöjuotosmenetelmää. Kun uunin tyhjiöaste saavuttaa 2,7 × 1, kuumennus aloitetaan 10-3pa:lla, ja lämpötila voi nousta nopeasti. Kun lämpötila on lähellä juotteen sulamispistettä, lämpötilaa on nostettava hitaasti, jotta kaikkien hitsausosien lämpötila on sama. Kun juote on sulanut, lämpötilaa on nostettava nopeasti juotoslämpötilaan, ja pitoajan on oltava 3–5 minuuttia. Jäähdytyksen aikana se on jäähdytettävä hitaasti 700 ℃:een asti, ja sen jälkeen se voidaan jäähdyttää luonnollisesti uunissa.

Kun aktiivititaani-Cu-juotetta juotetaan suoraan, juote voi olla kuparifoliota ja titaanijauhetta tai kupariosia ja titaanifoliota, tai keraaminen pinta voidaan päällystää titaanijauheella ja kuparifoliolla. Ennen juottamista kaikki metalliosat on kaasutettava tyhjiössä. Happivapaan kuparin kaasunpoistolämpötilan on oltava 750–800 ℃, ja titaani, niumbi, tamaani jne. on kaasutettava 900 ℃:ssa 15 minuutin ajan. Tällöin tyhjiöasteen on oltava vähintään 6,7 × 10⁻³Pa. Juottamisen aikana hitsattavat komponentit kootaan kiinnityslaitteeseen, ne lämmitetään tyhjiöuunissa 900–1120 ℃:seen ja pidetään 2–5 minuuttia. Koko juotosprosessin ajan tyhjiöasteen on oltava vähintään 6,7 × 10⁻³Pa.

Ti Ni -menetelmän juotosprosessi on samanlainen kuin Ti Cu -menetelmän, ja juotoslämpötila on 900 ± 10 ℃.

(3) Oksidijuottomenetelmä Oksidijuottomenetelmä on menetelmä luotettavan liitoksen aikaansaamiseksi käyttämällä oksidijuotteen sulamisesta muodostuvaa lasifaasia, joka tunkeutuu keramiikkaan ja kostuttaa metallipinnan. Sillä voidaan yhdistää keramiikkaa keramiikkaan ja keramiikkaa metalliin. Oksidijuottolisäaineet koostuvat pääasiassa Al₂O₃:sta, Cao:sta, Bao:sta ja MgO:sta. Lisäämällä B₂O₃:a, Y₂O₃:a ja ta₂O₃:a voidaan saada juotoslisäaineita, joilla on erilaiset sulamispisteet ja lineaariset laajenemiskertoimet. Lisäksi fluoridijuottolisäaineita, joiden pääkomponentit ovat CaF₂ ja NaF, voidaan käyttää myös keramiikan ja metallien liittämiseen, jolloin saadaan aikaan erittäin lujia ja lämmönkestäviä liitoksia.