1. Пайка
Трудно паять керамические и керамические, керамические и металлические детали.Большая часть припоя образует шарик на керамической поверхности практически без смачивания.Твердый припой, который может смачивать керамику, легко образует различные хрупкие соединения (такие как карбиды, силициды и тройные или многовариантные соединения) на поверхности соединения во время пайки.Наличие этих соединений влияет на механические свойства соединения.Кроме того, из-за большой разницы коэффициентов теплового расширения между керамикой, металлом и припоем в соединении будет остаточное напряжение после того, как температура пайки остынет до комнатной температуры, что может вызвать растрескивание соединения.
Смачиваемость припоя на керамической поверхности можно улучшить, добавляя к обычному припою активные металлические элементы;Низкая температура и короткое время пайки могут уменьшить эффект межфазной реакции;Тепловое напряжение соединения может быть уменьшено за счет разработки подходящей формы соединения и использования однослойного или многослойного металла в качестве промежуточного слоя.
2. Припой
Керамика и металл обычно соединяются в вакуумной печи или водородно-аргоновой печи.Помимо общих характеристик, к припоям для вакуумных электронных устройств предъявляются и особые требования.Например, припой не должен содержать элементы, создающие высокое давление пара, чтобы не вызвать диэлектрическую утечку и отравление катода приборов.Обычно указывается, что когда устройство работает, давление пара припоя не должно превышать 10-3 Па, а содержащиеся примеси с высоким давлением пара не должны превышать 0,002% ~ 0,005%;w(o) припоя не должно превышать 0,001 %, чтобы избежать образования паров воды при пайке в водороде, которые могут вызвать разбрызгивание расплавленного металла припоя;Кроме того, припой должен быть чистым и не содержать поверхностных оксидов.
При пайке после керамической металлизации можно использовать медь, основу, серебряную медь, золотую медь и другие легирующие припои.
Для прямой пайки керамики и металлов следует выбирать твердые припои, содержащие активные элементы Ti и Zr.Бинарные присадочные металлы в основном представляют собой Ti Cu и Ti Ni, которые можно использовать при температуре 1100 ℃.Среди тройных припоев Ag Cu Ti (W) (TI) является наиболее часто используемым припоем, который можно использовать для прямой пайки различной керамики и металлов.Тройной наполнитель можно использовать в виде фольги, порошка или эвтектического наполнителя Ag Cu с порошком Ti.Припой B-ti49be2 обладает такой же коррозионной стойкостью, что и нержавеющая сталь, и низким давлением паров.Его можно предпочтительно выбрать в соединениях вакуумного уплотнения с сопротивлением окислению и утечке.В припое ti-v-cr температура плавления самая низкая (1620 ℃), когда w (V) составляет 30%, а добавление Cr может эффективно уменьшить диапазон температур плавления.Припой B-ti47.5ta5 без Cr использовался для прямой пайки оксида алюминия и оксида магния, и его соединение может работать при температуре окружающей среды 1000 ℃.В таблице 14 показан активный флюс для прямого соединения керамики и металла.
Таблица 14 Активные припои для пайки керамики и металлов
2. Технология пайки
Предварительно металлизированную керамику можно паять в среде инертного газа высокой чистоты, водорода или вакуума.Вакуумная пайка обычно используется для прямой пайки керамики без металлизации.
(1) Универсальный процесс пайки. Универсальный процесс пайки керамики и металла можно разделить на семь процессов: очистка поверхности, покрытие пастой, металлизация керамической поверхности, никелирование, пайка и контроль после сварки.
Целью очистки поверхности является удаление масляных пятен, пятен пота и оксидной пленки на поверхности основного металла.Металлические детали и припой предварительно обезжиривают, затем окисную пленку удаляют промывкой кислотой или щелочью, промывают проточной водой и сушат.Детали с высокими требованиями должны быть термообработаны в вакуумной печи или водородной печи (также может быть использован метод ионной бомбардировки) при соответствующей температуре и времени для очистки поверхности деталей.Очищенные детали не должны соприкасаться с жирными предметами или голыми руками.Они должны быть немедленно отправлены в следующий процесс или в сушилку.Они не должны подвергаться воздействию воздуха в течение длительного времени.Керамические детали должны быть очищены ацетоном и ультразвуком, промыты проточной водой и, наконец, дважды прокипятены в деионизированной воде по 15 минут каждый раз.
Нанесение пасты является важным процессом металлизации керамики.При нанесении покрытия наносится на металлизируемую керамическую поверхность кистью или пастообразователем.Толщина покрытия обычно составляет 30 ~ 60 мм.Пасту обычно готовят из порошка чистого металла (иногда добавляют соответствующий оксид металла) с размером частиц около 1 ~ 5 мкм и органического клея.
Приклеенные керамические детали отправляются в водородную печь и спекаются с влажным водородом или крекинг-аммиаком при 1300–1500 ℃ в течение 30–60 минут.Для керамических деталей, покрытых гидридами, их необходимо нагреть примерно до 900 ℃, чтобы разложить гидриды и прореагировать с чистым металлом или титаном (или цирконием), оставшимся на керамической поверхности, чтобы получить металлическое покрытие на керамической поверхности.
Для металлизированного слоя Mo Mn, чтобы он смачивался припоем, слой никеля толщиной 1,4 ~ 5 мкм должен быть гальванопокрыт или покрыт слоем никелевого порошка.Если температура пайки ниже 1000 ℃, слой никеля необходимо предварительно спекать в водородной печи.Температура и время спекания 1000 ℃/15 ~ 20 мин.
Обработанная керамика представляет собой металлические детали, которые собираются в единое целое с помощью форм из нержавеющей стали или графита и керамики.Припой должен быть установлен на стыках, а заготовка должна содержаться в чистоте на протяжении всей операции, и к ней нельзя прикасаться голыми руками.
Пайку проводят в аргоновой, водородной или вакуумной печи.Температура пайки зависит от припоя.Чтобы предотвратить растрескивание керамических деталей, скорость охлаждения не должна быть слишком высокой.Кроме того, при пайке также может применяться определенное давление (около 0,49 ~ 0,98 МПа).
В дополнение к проверке качества поверхности, паяные сварные соединения также должны подвергаться проверке на термический удар и проверку механических свойств.Уплотнительные детали вакуумных устройств также должны быть проверены на герметичность в соответствии с действующими нормами.
(2) Прямая пайка при пайке напрямую (метод активного металла), сначала очистите поверхность керамических и металлических сварных соединений, а затем соберите их.Во избежание трещин, вызванных различными коэффициентами теплового расширения материалов компонентов, буферный слой (один или несколько слоев металлических листов) можно поворачивать между сварными швами.Твердый припой должен быть зажат между двумя сварными деталями или размещен в месте, где зазор максимально заполнен припоем, а затем пайка должна выполняться как обычная вакуумная пайка.
Если припой Ag Cu Ti используется для прямой пайки, следует использовать метод вакуумной пайки.Когда степень вакуума в печи достигает 2,7 ×, начинайте нагрев при 10-3 Па, и в это время температура может быстро повышаться;Когда температура близка к точке плавления припоя, температуру следует повышать медленно, чтобы температура всех частей сварного соединения была одинаковой;Когда припой расплавится, температура должна быть быстро повышена до температуры пайки, а время выдержки должно составлять 3 ~ 5 мин;Во время охлаждения он должен медленно охлаждаться до 700 ℃, и его можно охлаждать естественным путем в печи после 700 ℃.
Когда активный припой Ti Cu припаивается напрямую, форма припоя может быть медной фольгой плюс порошок титана или медными частями плюс титановая фольга, или керамическая поверхность может быть покрыта порошком титана плюс медной фольгой.Перед пайкой все металлические детали должны быть обезгажены вакуумом.Температура дегазации бескислородной меди должна составлять 750 ~ 800 ℃, а Ti, Nb, Ta и т. д. должны дегазироваться при 900 ℃ в течение 15 минут.В это время степень вакуума должна быть не менее 6,7 × 10-3 Па. Во время пайки соберите свариваемые компоненты в приспособлении, нагрейте их в вакуумной печи до 900 ~ 1120 ℃, а время выдержки составляет 2 ~ 5 минут.В течение всего процесса пайки степень вакуума должна быть не менее 6,7 × 10-3 Па.
Процесс пайки методом Ti Ni аналогичен процессу пайки методом Ti Cu, а температура пайки составляет 900 ± 10 ℃.
(3) Метод оксидной пайки Метод оксидной пайки представляет собой метод реализации надежного соединения с использованием стеклофазы, образованной при плавлении оксидного припоя, для проникновения в керамику и смачивания поверхности металла.Он может соединять керамику с керамикой и керамику с металлами.Оксидные припои в основном состоят из Al2O3, Cao, Bao и MgO.Добавляя B2O3, Y2O3 и ta2o3, можно получить твердые припои с различными температурами плавления и коэффициентами линейного расширения.Кроме того, фторидные припои с CaF2 и NaF в качестве основных компонентов также могут быть использованы для соединения керамики и металлов для получения соединений с высокой прочностью и высокой термостойкостью.
Время публикации: 13 июня 2022 г.