Lödning av keramik och metaller

1. Lödbarhet

Det är svårt att löda keramik och keramik-, keramik- och metallkomponenter. Det mesta av lödmetallen bildar en kula på den keramiska ytan, med liten eller ingen vätning. Lödfyllnadsmetallen som kan väta keramik har lätt för att bilda en mängd olika spröda föreningar (såsom karbider, silicider och ternära eller multivariata föreningar) vid skarvgränssnittet under lödning. Förekomsten av dessa föreningar påverkar skarvens mekaniska egenskaper. Dessutom, på grund av den stora skillnaden i värmeutvidgningskoefficienter mellan keramik, metall och lödmetall, kommer det att finnas kvarvarande spänningar i skarven efter att lödtemperaturen har svalnat till rumstemperatur, vilket kan orsaka sprickbildning i skarven.

Lodets vätbarhet på den keramiska ytan kan förbättras genom att tillsätta aktiva metallelement till vanligt lödte; Låg temperatur och kort lödningstid kan minska effekten av gränssnittsreaktioner; Fogens termiska spänning kan minskas genom att utforma en lämplig fogform och använda en enkel- eller flerskiktsmetall som mellanlager.

2. Löd

Keramik och metall sammanfogas vanligtvis i vakuumugnar eller väte- och argonugnar. Förutom de allmänna egenskaperna bör lödning av tillsatsmaterial för vakuumelektroniska apparater också ha vissa speciella krav. Till exempel bör lödmetallen inte innehålla ämnen som producerar högt ångtryck, för att inte orsaka dielektriskt läckage och katodförgiftning av apparaterna. Det specificeras generellt att lödmetallens ångtryck inte överstiger 10⁻³ Pa när apparaterna är i drift, och de ingående föroreningarna med högt ångtryck får inte överstiga 0,002 % ~ 0,005 %; Lodets w(o)-halt får inte överstiga 0,001 % för att undvika att vattenånga genereras under lödning i väte, vilket kan orsaka stänk av smält lödmetall; Dessutom måste lödmetallen vara ren och fri från ytoxider.

Vid lödning efter keramisk metallisering kan koppar, baskoppar, silverkoppar, guldkoppar och andra legeringslödningstillsatsmetaller användas.

För direktlödning av keramik och metaller bör lödtillsatsmetaller innehållande aktiva element Ti och Zr väljas. De binära tillsatsmetallerna är huvudsakligen TiCu och TiNi, vilka kan användas vid 1100 ℃. Bland de ternära lödmetallerna är AgCuTi(W)(TI) det vanligaste lödmetallerna, vilket kan användas för direktlödning av olika keramik och metaller. Det ternära tillsatsmaterialet kan användas som folie, pulver eller eutektisk AgCu-tillsatsmetall med Ti-pulver. B-ti49be2-lödtillsatsmetall har liknande korrosionsbeständighet som rostfritt stål och lågt ångtryck. Det kan företrädesvis väljas i vakuumtätningsfogar med oxidations- och läckagebeständighet. I ti-v-cr-lödmetall är smälttemperaturen som lägst (1620 ℃) ​​när w(V) är 30%, och tillsats av Cr kan effektivt minska smälttemperaturintervallet. B-ti47.5ta5-lödmetall utan Cr har använts för direktlödning av aluminiumoxid och magnesiumoxid, och dess fog kan fungera vid en omgivningstemperatur på 1000 ℃. Tabell 14 visar det aktiva flödet för direkt förbindelse mellan keramik och metall.

Tabell 14 aktiva lödtillsatsmetaller för keramisk och metalllödning

2. Lödningsteknik

Förmetalliserade keramiker kan lödas i miljöer med hög renhet av inert gas, väte eller vakuum. Vakuumlödning används vanligtvis för direktlödning av keramik utan metallisering.

(1) Universell lödprocess Den universella lödprocessen för keramik och metall kan delas in i sju processer: ytrengöring, pastabeläggning, metallisering av keramiska ytor, nickelplätering, lödning och efterkontroll av svetsen.

Syftet med ytrengöring är att ta bort oljefläckar, svettfläckar och oxidfilmer på ytan av basmetallen. Metalldelarna och lödtennet ska först avfettas, sedan ska oxidfilmen avlägsnas genom syra- eller alkalitvättning, tvättas med rinnande vatten och torkas. Delar med höga krav ska värmebehandlas i vakuumugn eller vätgasugn (jonbombardemangsmetoden kan också användas) vid lämplig temperatur och tid för att rena delarnas yta. De rengjorda delarna får inte komma i kontakt med feta föremål eller bara händer. De ska omedelbart placeras i nästa process eller i torktumlaren. De får inte utsättas för luft under en längre tid. Keramiska delar ska rengöras med aceton och ultraljud, tvättas med rinnande vatten och slutligen kokas två gånger med avjoniserat vatten i 15 minuter varje gång.

Pastabeläggning är en viktig process vid metallisering av keramisk metallisering. Under beläggningen appliceras den på den keramiska ytan som ska metalliseras med en pensel eller pastabeläggningsmaskin. Beläggningstjockleken är vanligtvis 30 ~ 60 mm. Pastan framställs vanligtvis av rent metallpulver (ibland tillsätts lämplig metalloxid) med en partikelstorlek på cirka 1 ~ 5 µm och organiskt lim.

De limmade keramiska delarna skickas till en vätgasugn och sintras med vått väte eller krackad ammoniak vid 1300 ~ 1500 ℃ i 30 ~ 60 minuter. För de keramiska delarna som är belagda med hydrider ska de värmas till cirka 900 ℃ för att sönderdela hydriderna och reagera med ren metall eller titan (eller zirkonium) som finns kvar på den keramiska ytan för att erhålla en metallbeläggning på den keramiska ytan.

För att det metalliserade lagret med MoMn ska kunna vätas av lödmetallen måste ett nickellager på 1,4 ~ 5 µm elektropläteras eller beläggas med ett lager nickelpulver. Om lödtemperaturen är lägre än 1000 ℃ måste nickellagret försintras i en vätgasugn. Sintringstemperaturen och -tiden är 1000 ℃ / 15 ~ 20 min.

De behandlade keramikerna är metalldelar som ska monteras till en helhet med hjälp av formar av rostfritt stål eller grafit och keramik. Löd ska monteras vid fogarna och arbetsstycket ska hållas rent under hela operationen och får inte vidröras med bara händer.

Lödning ska utföras i en argon-, vätgas- eller vakuumugn. Lödtemperaturen beror på lödtillsatsmaterialet. För att förhindra sprickbildning i keramiska delar bör kylningshastigheten inte vara för snabb. Dessutom kan lödning även applicera ett visst tryck (cirka 0,49 ~ 0,98 mpa).

Utöver ytkvalitetskontrollen ska de lödda svetsarna även genomgå termisk chockkontroll och mekanisk egenskapskontroll. Tätningsdelarna för vakuumanordningar måste också genomgå läckagetest enligt relevanta föreskrifter.

(2) Direktlödning Vid direktlödning (aktivmetallmetoden) ska först ytan på de keramiska och metalliska svetsarna rengöras och sedan monteras. För att undvika sprickor orsakade av olika värmeutvidgningskoefficienter hos komponentmaterialen kan buffertlagret (ett eller flera lager av metallplåtar) roteras mellan svetsarna. Lödtillsatsmaterialet ska klämmas fast mellan två svetsar eller placeras där mellanrummet fylls med lödtillsatsmaterialet så långt det är möjligt, och sedan ska lödningen utföras som vanlig vakuumlödning.

Om Ag Cu Ti-lod används för direktlödning ska vakuumlödningsmetoden användas. När vakuumgraden i ugnen når 2,7 ×, börja uppvärmningen vid 10-3 Pa, och temperaturen kan stiga snabbt vid denna tidpunkt; När temperaturen är nära lödets smältpunkt bör temperaturen höjas långsamt för att göra att temperaturen på alla delar av svetsen tenderar att vara densamma; När lödet har smält ska temperaturen snabbt höjas till lödtemperaturen, och hålltiden ska vara 3 ~ 5 minuter; Under kylning ska det kylas långsamt upp till 700 ℃, och det kan kylas naturligt med ugnen efter 700 ℃.

När Ti-Cu-aktivt lod direktlöds kan lödningen bestå av Cu-folie plus Ti-pulver eller Cu-delar plus Ti-folie, eller så kan den keramiska ytan beläggas med Ti-pulver plus Cu-folie. Före lödning ska alla metalldelar avgasas med vakuum. Avgasningstemperaturen för syrefri koppar ska vara 750 ~ 800 ℃, och Ti, Nb, Ta etc. ska avgasas vid 900 ℃ i 15 minuter. Vakuumgraden ska då inte vara mindre än 6,7 × 10⁻³ Pa. Under lödningen monteras de komponenter som ska svetsas i fixturen, värms upp i vakuumugnen till 900 ~ 1120 ℃ och hålltiden är 2 ~ 5 minuter. Under hela lödningsprocessen ska vakuumgraden inte vara mindre än 6,7 × 10⁻³ Pa.

Hårdlödningsprocessen för Ti Ni-metoden liknar den för Ti Cu-metoden, och lödningstemperaturen är 900 ± 10 ℃.

(3) Oxidlödningsmetoden Oxidlödningsmetoden är en metod för att uppnå tillförlitlig förbindning genom att använda glasfasen som bildas genom smältning av oxidlödning för att infiltrera i keramiken och väta metallytan. Den kan sammanfoga keramik med keramik och keramik med metaller. Oxidlödningsfyllnadsmetaller består huvudsakligen av Al2O3, Cao, Bao och MgO. Genom att tillsätta B2O3, Y2O3 och ta2o3 kan lödningsfyllnadsmetaller med olika smältpunkter och linjära expansionskoefficienter erhållas. Dessutom kan fluoridlödningsfyllnadsmetaller med CaF2 och NaF som huvudkomponenter också användas för att sammanfoga keramik och metall för att erhålla fogar med hög hållfasthet och hög värmebeständighet.