Solderen van keramiek en metalen

1. Soldeerbaarheid

Het is moeilijk om keramiek en keramische, keramische en metalen onderdelen te solderen.Het meeste soldeer vormt een bal op het keramische oppervlak, met weinig of geen bevochtiging.Het soldeervulmetaal dat keramiek kan bevochtigen, is gemakkelijk om een ​​verscheidenheid aan brosse verbindingen (zoals carbiden, siliciden en ternaire of multivariate verbindingen) te vormen op het verbindingsvlak tijdens het solderen.Het bestaan ​​van deze verbindingen beïnvloedt de mechanische eigenschappen van het gewricht.Bovendien zal er, vanwege het grote verschil in thermische uitzettingscoëfficiënten tussen keramiek, metaal en soldeer, restspanning in de verbinding zijn nadat de soldeertemperatuur is afgekoeld tot kamertemperatuur, wat kan leiden tot scheuren in de verbinding.

De bevochtigbaarheid van het soldeer op het keramische oppervlak kan worden verbeterd door actieve metalen elementen aan het gewone soldeer toe te voegen;Lage temperatuur en kort solderen kunnen het effect van interfacereactie verminderen;De thermische belasting van de voeg kan worden verminderd door een geschikte voegvorm te ontwerpen en een enkel- of meerlaags metaal als tussenlaag te gebruiken.

2. Soldeer

Keramiek en metaal zijn meestal verbonden in een vacuümoven of een waterstof- en argonoven.Naast algemene kenmerken, moeten soldeervulmetalen voor vacuüm elektronische apparaten ook enkele speciale vereisten hebben.Het soldeer mag bijvoorbeeld geen elementen bevatten die een hoge dampdruk produceren, om geen diëlektrische lekkage en kathodevergiftiging van apparaten te veroorzaken.Over het algemeen wordt aangegeven dat wanneer het apparaat werkt, de dampdruk van het soldeer niet hoger mag zijn dan 10-3pa en dat de hoge dampdruk-onzuiverheden niet hoger mogen zijn dan 0,002% ~ 0,005%;De w (o) van het soldeer mag niet groter zijn dan 0,001%, om te voorkomen dat waterdamp wordt gegenereerd tijdens het solderen in waterstof, wat kan leiden tot spatten van gesmolten soldeermetaal;Bovendien moet het soldeer schoon zijn en vrij van oppervlakteoxiden.

Bij het solderen na keramische metallisatie kunnen koper, basis, zilverkoper, goudkoper en andere gelegeerde soldeervulmetalen worden gebruikt.

Voor het direct hardsolderen van keramiek en metalen, wordt gekozen voor het hardsolderen van toevoegmetalen die de actieve elementen Ti en Zr bevatten.De binaire vulmetalen zijn voornamelijk Ti Cu en Ti Ni, die bij 1100 kunnen worden gebruikt.Onder het ternaire soldeer is Ag Cu Ti (W) (TI) het meest gebruikte soldeer, dat kan worden gebruikt voor het direct hardsolderen van verschillende keramiek en metalen.Het ternaire vulmetaal kan worden gebruikt door folie, poeder of Ag Cu eutectisch vulmetaal met Ti-poeder.B-ti49be2 soldeervulmetaal heeft een vergelijkbare corrosieweerstand als roestvrij staal en een lage dampdruk.Het kan bij voorkeur worden geselecteerd in de vacuümafdichtingsvoegen met oxidatie- en lekbestendigheid.In ti-v-cr-soldeer is de smelttemperatuur de laagste (1620 ℃) ​​wanneer w (V) 30% is, en de toevoeging van Cr kan het smelttemperatuurbereik effectief verminderen.B-ti47.5ta5-soldeer zonder Cr is gebruikt voor het direct solderen van aluminiumoxide en magnesiumoxide, en de verbinding kan werken bij een omgevingstemperatuur van 1000 ℃.Tabel 14 toont de actieve flux voor directe verbinding tussen keramiek en metaal.

Tabel 14 actief solderen van vulmetalen voor keramiek en metaalsolderen

2. Soldeertechnologie

De voorgemetalliseerde keramiek kan worden gesoldeerd in een zeer zuivere inert gas-, waterstof- of vacuümomgeving.Vacuümsolderen wordt over het algemeen gebruikt voor het direct hardsolderen van keramiek zonder metallisatie.

(1) Universeel soldeerproces Het universele soldeerproces van keramiek en metaal kan worden onderverdeeld in zeven processen: oppervlaktereiniging, pastacoating, keramische oppervlaktemetallisatie, vernikkelen, solderen en inspectie na het lassen.

Het doel van oppervlaktereiniging is het verwijderen van olievlekken, zweetvlekken en oxidefilm op het oppervlak van onedel metaal.De metalen delen en het soldeer worden eerst ontvet, daarna wordt de oxidefilm verwijderd door wassen met zuur of alkali, gewassen met stromend water en gedroogd.Onderdelen met hoge eisen moeten een warmtebehandeling ondergaan in een vacuümoven of waterstofoven (ionenbombardement kan ook worden gebruikt) bij de juiste temperatuur en tijd om het oppervlak van onderdelen te zuiveren.De gereinigde onderdelen mogen niet in contact komen met vette voorwerpen of blote handen.Ze worden onmiddellijk in het volgende proces of in de droger geplaatst.Ze mogen gedurende lange tijd niet aan de lucht worden blootgesteld.Keramische onderdelen worden gereinigd met aceton en ultrasoon, gewassen met stromend water en tenslotte tweemaal gekookt met gedeïoniseerd water gedurende 15 minuten per keer

Pastacoating is een belangrijk proces van keramische metallisatie.Tijdens het coaten wordt het aangebracht op het keramische oppervlak dat moet worden gemetalliseerd met een kwast of pasta-coatingmachine.De laagdikte is over het algemeen 30 ~ 60 mm.De pasta wordt over het algemeen bereid uit puur metaalpoeder (soms wordt geschikt metaaloxide toegevoegd) met een deeltjesgrootte van ongeveer 1 ~ 5um en organische lijm.

De geplakte keramische onderdelen worden naar een waterstofoven gestuurd en gesinterd met natte waterstof of gekraakte ammoniak bij 1300 ~ 1500 ℃ gedurende 30 ~ 60 minuten.Voor de keramische onderdelen die zijn gecoat met hydriden, moeten ze worden verwarmd tot ongeveer 900 om de hydriden te ontleden en te reageren met puur metaal of titanium (of zirkonium) dat op het keramische oppervlak achterblijft om een ​​metalen coating op het keramische oppervlak te verkrijgen.

Voor de gemetalliseerde Mo Mn-laag, om deze nat te maken met het soldeer, moet een nikkellaag van 1,4 ~ 5um worden gegalvaniseerd of gecoat met een laag nikkelpoeder.Als de soldeertemperatuur lager is dan 1000 ℃, moet de nikkellaag worden voorgesinterd in een waterstofoven.De sintertemperatuur en tijd zijn 1000 ℃ /15 ~ 20min.

De behandelde keramiek zijn metalen onderdelen, die met RVS of grafiet en keramische mallen tot een geheel worden samengevoegd.Soldeer moet bij de verbindingen worden geïnstalleerd en het werkstuk moet tijdens de hele operatie schoon worden gehouden en mag niet met blote handen worden aangeraakt.

Het solderen wordt uitgevoerd in een argon-, waterstof- of vacuümoven.De soldeertemperatuur is afhankelijk van het soldeervulmetaal.Om barsten van keramische onderdelen te voorkomen, mag de afkoelsnelheid niet te hoog zijn.Bovendien kan hardsolderen ook een bepaalde druk uitoefenen (ongeveer 0,49 ~ 0,98 mpa).

Naast de inspectie van de oppervlaktekwaliteit, moeten de gesoldeerde lasverbindingen ook worden onderworpen aan thermische schokken en inspectie van mechanische eigenschappen.De afdichtingsdelen voor vacuümapparaten moeten ook worden onderworpen aan een lektest volgens de relevante voorschriften.

(2) Direct solderen bij direct solderen (actieve metaalmethode), reinig eerst het oppervlak van de keramische en metalen lasverbindingen en monteer ze vervolgens.Om scheuren te voorkomen die worden veroorzaakt door verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten van componentmaterialen, kan de bufferlaag (een of meer lagen metaalplaten) tussen lasnaden worden gedraaid.Het soldeervulmetaal moet tussen twee lasnaden worden geklemd of op de plaats worden geplaatst waar de opening zo ver mogelijk is gevuld met soldeervulmetaal, en dan moet het solderen worden uitgevoerd als gewoon vacuümsolderen.

Als Ag Cu Ti-soldeer wordt gebruikt voor direct solderen, moet de vacuümsoldeermethode worden toegepast.Wanneer de vacuümgraad in de oven 2,7 × bereikt, begint u met verwarmen bij 10-3pa, en de temperatuur kan op dit moment snel stijgen;Wanneer de temperatuur dicht bij het smeltpunt van het soldeer ligt, moet de temperatuur langzaam worden verhoogd om ervoor te zorgen dat de temperatuur van alle delen van het laswerk hetzelfde is;Wanneer het soldeer wordt gesmolten, wordt de temperatuur snel verhoogd tot de soldeertemperatuur en moet de houdtijd 3 ~ 5 minuten zijn;Tijdens het koelen moet het langzaam vóór 700 worden gekoeld en na 700 kan het natuurlijk worden gekoeld met de oven.

Wanneer Ti Cu actief soldeer direct wordt gesoldeerd, kan de vorm van soldeer Cu-folie plus Ti-poeder of Cu-onderdelen plus Ti-folie zijn, of het keramische oppervlak kan worden gecoat met Ti-poeder plus Cu-folie.Alvorens te solderen, moeten alle metalen onderdelen worden ontgast door vacuüm.De ontgassingstemperatuur van zuurstofvrij koper moet 750 ~ 800 zijn, en Ti, Nb, Ta, enz. Moeten gedurende 15 minuten bij 900 ℃ worden ontgast.Op dit moment mag de vacuümgraad niet minder zijn dan 6,7 × 10-3 Pa。. Monteer tijdens het solderen de te lassen componenten in de armatuur, verwarm ze in de vacuümoven tot 900 ~ 1120 ℃ en de houdtijd is 2 ~ 5 minuten.Tijdens het hele soldeerproces mag de vacuümgraad niet minder zijn dan 6,7 × 10-3Pa。

Het soldeerproces van de Ti Ni-methode is vergelijkbaar met dat van de Ti Cu-methode en de soldeertemperatuur is 900 ± 10 ℃.

(3) Oxide-soldeermethode De oxide-soldeermethode is een methode om een ​​betrouwbare verbinding te realiseren door de glasfase te gebruiken die wordt gevormd door het smelten van oxidesoldeer om in keramiek te infiltreren en het metalen oppervlak te bevochtigen.Het kan keramiek met keramiek en keramiek met metalen verbinden.Oxide soldeervulmetalen zijn voornamelijk samengesteld uit Al2O3, Cao, Bao en MgO.Door toevoeging van B2O3, Y2O3 en ta2o3 kunnen lasmaterialen met verschillende smeltpunten en lineaire uitzettingscoëfficiënten worden verkregen.Bovendien kunnen fluorsolderen van vulmetalen met CaF2 en NaF als hoofdbestanddelen ook worden gebruikt om keramiek en metalen te verbinden om verbindingen te verkrijgen met een hoge sterkte en hoge hittebestendigheid.