Mematri keramik dan logam

1. Kemampuan brazeabilitas

Sulit untuk mematri keramik dan keramik, komponen keramik dan logam.Sebagian besar solder membentuk bola di permukaan keramik, dengan sedikit atau tanpa pembasahan.Logam pengisi mematri yang dapat membasahi keramik mudah untuk membentuk berbagai senyawa rapuh (seperti karbida, silisida dan senyawa terner atau multivariat) pada antarmuka sambungan selama mematri.Keberadaan senyawa tersebut mempengaruhi sifat mekanik dari sambungan.Selain itu, karena perbedaan besar koefisien ekspansi termal antara keramik, logam dan solder, akan ada tegangan sisa pada sambungan setelah suhu pematrian didinginkan hingga suhu kamar, yang dapat menyebabkan keretakan sambungan.

Keterbasahan solder pada permukaan keramik dapat ditingkatkan dengan menambahkan elemen logam aktif ke solder umum;Suhu rendah dan mematri waktu singkat dapat mengurangi efek reaksi antarmuka;Tegangan termal sambungan dapat dikurangi dengan merancang bentuk sambungan yang sesuai dan menggunakan satu atau banyak lapisan logam sebagai lapisan perantara.

2. Solder

Keramik dan logam biasanya dihubungkan dalam tungku vakum atau tungku hidrogen dan argon.Selain karakteristik umum, logam pengisi mematri untuk perangkat elektronik vakum juga harus memiliki beberapa persyaratan khusus.Misalnya, solder tidak boleh mengandung elemen yang menghasilkan tekanan uap tinggi, agar tidak menyebabkan kebocoran dielektrik dan keracunan katoda perangkat.Secara umum ditentukan bahwa ketika perangkat bekerja, tekanan uap solder tidak boleh melebihi 10-3pa, dan pengotor tekanan uap tinggi yang terkandung tidak boleh melebihi 0,002% ~ 0,005%;W (o) solder tidak boleh melebihi 0,001%, untuk menghindari uap air yang dihasilkan selama mematri dalam hidrogen, yang dapat menyebabkan percikan logam solder cair;Selain itu, solder harus bersih dan bebas dari oksida permukaan.

Saat mematri setelah metalisasi keramik, tembaga, alas, tembaga perak, tembaga emas dan logam pengisi mematri paduan lainnya dapat digunakan.

Untuk mematri keramik dan logam secara langsung, harus dipilih logam pengisi mematri yang mengandung elemen aktif Ti dan Zr.Logam pengisi biner terutama Ti Cu dan Ti Ni, yang dapat digunakan pada 1100 .Di antara solder terner, Ag Cu Ti (W) (TI) adalah solder yang paling umum digunakan, yang dapat digunakan untuk mematri langsung berbagai keramik dan logam.Logam pengisi terner dapat digunakan dengan foil, bubuk atau logam pengisi eutektik Ag Cu dengan bubuk Ti.Logam pengisi brazing B-ti49be2 memiliki ketahanan korosi yang serupa dengan baja tahan karat dan tekanan uap rendah.Ini dapat dipilih secara istimewa dalam sambungan penyegelan vakum dengan ketahanan oksidasi dan kebocoran.Dalam solder ti-v-cr, suhu leleh terendah (1620 ) ketika w (V) adalah 30%, dan penambahan Cr dapat secara efektif mengurangi kisaran suhu leleh.Solder B-ti47.5ta5 tanpa Cr telah digunakan untuk mematri langsung alumina dan magnesium oksida, dan sambungannya dapat bekerja pada suhu sekitar 1000 .Tabel 14 menunjukkan fluks aktif untuk hubungan langsung antara keramik dan logam.

Tabel 14 logam pengisi mematri aktif untuk mematri keramik dan logam

2. Teknologi mematri

Keramik pra-metalisasi dapat dibrazing dalam gas inert, hidrogen, atau lingkungan vakum dengan kemurnian tinggi.Brazing vakum umumnya digunakan untuk mematri keramik langsung tanpa metalisasi.

(1) Proses mematri universal Proses mematri universal keramik dan logam dapat dibagi menjadi tujuh proses: pembersihan permukaan, pelapisan pasta, metalisasi permukaan keramik, pelapisan nikel, mematri dan inspeksi pasca las.

Tujuan pembersihan permukaan adalah untuk menghilangkan noda minyak, noda keringat dan lapisan oksida pada permukaan logam dasar.Bagian logam dan solder harus dihilangkan terlebih dahulu, kemudian film oksida harus dihilangkan dengan pencucian asam atau alkali, dicuci dengan air mengalir dan dikeringkan.Bagian dengan persyaratan tinggi harus dipanaskan dalam tungku vakum atau tungku hidrogen (metode pemboman ion juga dapat digunakan) pada suhu dan waktu yang sesuai untuk memurnikan permukaan bagian.Bagian yang dibersihkan tidak boleh bersentuhan dengan benda berminyak atau tangan kosong.Mereka harus segera dimasukkan ke dalam proses berikutnya atau ke dalam pengering.Mereka tidak akan terkena udara untuk waktu yang lama.Bagian keramik harus dibersihkan dengan aseton dan ultrasonik, dicuci dengan air mengalir, dan akhirnya direbus dua kali dengan air deionisasi selama 15 menit setiap kali

Pelapisan pasta adalah proses penting dari metalisasi keramik.Selama pelapisan, itu diterapkan pada permukaan keramik untuk dimetalisasi dengan mesin pelapis kuas atau pasta.Ketebalan lapisan umumnya 30 ~ 60mm.Pasta umumnya dibuat dari bubuk logam murni (kadang-kadang oksida logam yang sesuai ditambahkan) dengan ukuran partikel sekitar 1 ~ 5um dan perekat organik.

Bagian keramik yang ditempelkan dikirim ke tungku hidrogen dan disinter dengan hidrogen basah atau amonia retak pada 1300 ~ 1500 selama 30 ~ 60 menit.Untuk bagian keramik yang dilapisi dengan hidrida, harus dipanaskan hingga sekitar 900 untuk menguraikan hidrida dan bereaksi dengan logam murni atau titanium (atau zirkonium) yang tersisa pada permukaan keramik untuk mendapatkan lapisan logam pada permukaan keramik.

Untuk lapisan logam Mo Mn, agar basah dengan solder, lapisan nikel 1,4 ~ 5um harus dilapisi atau dilapisi dengan lapisan bubuk nikel.Jika suhu mematri lebih rendah dari 1000 , lapisan nikel perlu disinter terlebih dahulu dalam tungku hidrogen.Suhu dan waktu sintering adalah 1000 /15 ~ 20 menit.

Keramik yang diolah adalah bagian logam, yang harus dirakit menjadi satu kesatuan dengan baja tahan karat atau grafit dan cetakan keramik.Solder harus dipasang pada sambungan, dan benda kerja harus dijaga kebersihannya selama operasi, dan tidak boleh disentuh dengan tangan kosong.

Pematrian harus dilakukan dalam tungku argon, hidrogen atau vakum.Suhu mematri tergantung pada logam pengisi mematri.Untuk mencegah retaknya bagian keramik, laju pendinginan tidak boleh terlalu cepat.Selain itu, mematri juga dapat menerapkan tekanan tertentu (sekitar 0,49 ~ 0,98mpa).

Selain pemeriksaan kualitas permukaan, las yang dibrazing juga harus menjalani pemeriksaan kejut termal dan sifat mekanik.Bagian penyegelan untuk perangkat vakum juga harus menjalani uji kebocoran sesuai dengan peraturan yang relevan.

(2) Mematri langsung saat mematri secara langsung (metode logam aktif), pertama-tama bersihkan permukaan las keramik dan logam, lalu rakit.Untuk menghindari retak yang disebabkan oleh koefisien ekspansi termal yang berbeda dari bahan komponen, lapisan penyangga (satu atau lebih lapisan lembaran logam) dapat diputar di antara pengelasan.Logam pengisi mematri harus dijepit di antara dua lasan atau ditempatkan pada posisi di mana celah diisi dengan logam pengisi mematri sejauh mungkin, dan kemudian mematri harus dilakukan seperti mematri vakum biasa.

Jika solder Ag Cu Ti digunakan untuk mematri langsung, metode mematri vakum harus diadopsi.Ketika tingkat vakum di tungku mencapai 2,7 × Mulai pemanasan pada 10-3pa, dan suhu dapat naik dengan cepat saat ini;Ketika suhu mendekati titik leleh solder, suhu harus dinaikkan secara perlahan agar suhu semua bagian las cenderung sama;Ketika solder dilelehkan, suhu harus dinaikkan dengan cepat ke suhu mematri, dan waktu penahanan harus 3 ~ 5 menit;Selama pendinginan, itu harus didinginkan perlahan sebelum 700 , dan dapat didinginkan secara alami dengan tungku setelah 700 .

Bila solder aktif Ti Cu dibrazing langsung, bentuk soldernya dapat berupa Cu foil plus serbuk Ti atau bagian Cu plus Ti foil, atau permukaan keramik bisa dilapisi bubuk Ti plus Cu foil.Sebelum mematri, semua bagian logam harus dihilangkan gasnya dengan vakum.Suhu degassing tembaga bebas oksigen harus 750 ~ 800 , dan Ti, Nb, Ta, dll. harus dihilangkan gasnya pada 900 selama 15 menit.Pada saat ini, tingkat vakum tidak boleh kurang dari 6,7 × 10-3Pa。 Selama mematri, rakit komponen yang akan dilas pada perlengkapan, panaskan dalam tungku vakum hingga 900 ~ 1120 , dan waktu penahanan adalah 2 ~ 5 menit.Selama seluruh proses mematri, tingkat vakum tidak boleh kurang dari 6,7 × 10-3Pa。

Proses mematri metode Ti Ni mirip dengan metode Ti Cu, dan suhu mematri adalah 900 ± 10 .

(3) Metode mematri oksida Metode mematri oksida adalah metode untuk mewujudkan koneksi yang andal dengan menggunakan fase kaca yang dibentuk oleh peleburan solder oksida untuk menyusup ke dalam keramik dan membasahi permukaan logam.Dapat menghubungkan keramik dengan keramik dan keramik dengan logam.Logam pengisi brazing oksida terutama terdiri dari Al2O3, Cao, Bao dan MgO.Dengan menambahkan B2O3, Y2O3 dan ta2o3, logam pengisi mematri dengan berbagai titik leleh dan koefisien ekspansi linier dapat diperoleh.Selain itu, logam pengisi brazing fluoride dengan CaF2 dan NaF sebagai komponen utama juga dapat digunakan untuk menyambung keramik dan logam untuk mendapatkan sambungan dengan kekuatan tinggi dan ketahanan panas yang tinggi.