1. Kemampuan untuk disolder
Menyolder komponen keramik dengan keramik, atau keramik dengan logam, sangatlah sulit. Sebagian besar solder membentuk bola pada permukaan keramik, dengan sedikit atau tanpa pembasahan. Logam pengisi solder yang dapat membasahi keramik mudah membentuk berbagai senyawa rapuh (seperti karbida, silisida, dan senyawa terner atau multivariat) pada antarmuka sambungan selama proses penyolderan. Keberadaan senyawa-senyawa ini memengaruhi sifat mekanik sambungan. Selain itu, karena perbedaan besar koefisien ekspansi termal antara keramik, logam, dan solder, akan ada tegangan sisa pada sambungan setelah suhu penyolderan didinginkan hingga suhu ruangan, yang dapat menyebabkan retak pada sambungan.
Kemampuan pembasahan solder pada permukaan keramik dapat ditingkatkan dengan menambahkan unsur logam aktif ke solder biasa; proses penyambungan dengan suhu rendah dan waktu singkat dapat mengurangi efek reaksi antarmuka; tegangan termal pada sambungan dapat dikurangi dengan mendesain bentuk sambungan yang sesuai dan menggunakan logam tunggal atau multi-lapisan sebagai lapisan perantara.
2. Solder
Keramik dan logam biasanya disambungkan dalam tungku vakum atau tungku hidrogen dan argon. Selain karakteristik umum, logam pengisi patri untuk perangkat elektronik vakum juga harus memiliki beberapa persyaratan khusus. Misalnya, timah patri tidak boleh mengandung unsur yang menghasilkan tekanan uap tinggi, agar tidak menyebabkan kebocoran dielektrik dan keracunan katoda pada perangkat. Secara umum ditentukan bahwa ketika perangkat bekerja, tekanan uap timah patri tidak boleh melebihi 10⁻³ Pa, dan pengotor tekanan uap tinggi yang terkandung tidak boleh melebihi 0,002% ~ 0,005%; w(o) timah patri tidak boleh melebihi 0,001%, untuk menghindari uap air yang dihasilkan selama pematrian dalam hidrogen, yang dapat menyebabkan percikan logam timah patri cair; Selain itu, timah patri harus bersih dan bebas dari oksida permukaan.
Saat melakukan penyolderan setelah metalisasi keramik, logam pengisi penyolderan berupa tembaga, logam dasar, tembaga perak, tembaga emas, dan paduan lainnya dapat digunakan.
Untuk penyambungan langsung keramik dan logam, logam pengisi penyambung yang mengandung unsur aktif Ti dan Zr harus dipilih. Logam pengisi biner terutama adalah Ti Cu dan Ti Ni, yang dapat digunakan pada suhu 1100 ℃. Di antara solder terner, Ag Cu Ti (W) (TI) adalah solder yang paling umum digunakan, yang dapat digunakan untuk penyambungan langsung berbagai keramik dan logam. Logam pengisi terner dapat digunakan dalam bentuk foil, bubuk, atau logam pengisi eutektik Ag Cu dengan bubuk Ti. Logam pengisi penyambung B-ti49be2 memiliki ketahanan korosi yang mirip dengan baja tahan karat dan tekanan uap rendah. Logam ini dapat dipilih secara khusus pada sambungan penyegelan vakum dengan ketahanan oksidasi dan kebocoran. Pada solder ti-v-cr, suhu leleh terendah (1620 ℃) terjadi ketika w (V) adalah 30%, dan penambahan Cr dapat secara efektif mengurangi kisaran suhu leleh. Timah solder B-ti47.5ta5 tanpa Cr telah digunakan untuk penyambungan langsung alumina dan magnesium oksida, dan sambungannya dapat berfungsi pada suhu lingkungan 1000 ℃. Tabel 14 menunjukkan fluks aktif untuk sambungan langsung antara keramik dan logam.
Tabel 14 logam pengisi patri aktif untuk patri keramik dan logam
2. Teknologi penyambungan dengan patri
Keramik yang telah dimetalisasi sebelumnya dapat disolder dalam lingkungan gas inert dengan kemurnian tinggi, hidrogen, atau vakum. Penyolderan vakum umumnya digunakan untuk penyolderan langsung keramik tanpa metalisasi.
(1) Proses penyambungan universal Proses penyambungan universal keramik dan logam dapat dibagi menjadi tujuh proses: pembersihan permukaan, pelapisan pasta, metalisasi permukaan keramik, pelapisan nikel, penyambungan dan inspeksi pasca pengelasan.
Tujuan pembersihan permukaan adalah untuk menghilangkan noda minyak, noda keringat, dan lapisan oksida pada permukaan logam dasar. Bagian logam dan solder harus dihilangkan lemaknya terlebih dahulu, kemudian lapisan oksida harus dihilangkan dengan pencucian asam atau basa, dicuci dengan air mengalir, dan dikeringkan. Bagian dengan persyaratan tinggi harus diberi perlakuan panas dalam tungku vakum atau tungku hidrogen (metode penembakan ion juga dapat digunakan) pada suhu dan waktu yang sesuai untuk memurnikan permukaan bagian tersebut. Bagian yang telah dibersihkan tidak boleh bersentuhan dengan benda berminyak atau tangan kosong. Bagian tersebut harus segera dimasukkan ke dalam proses selanjutnya atau ke dalam pengering. Bagian tersebut tidak boleh terpapar udara dalam waktu 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 merupakan proses penting dalam metalisasi keramik. Selama pelapisan, pasta diaplikasikan ke permukaan keramik yang akan dimetalisasi menggunakan kuas atau mesin pelapis pasta. Ketebalan lapisan umumnya 30 ~ 60 mm. Pasta umumnya dibuat dari bubuk logam murni (kadang-kadang ditambahkan oksida logam yang sesuai) dengan ukuran partikel sekitar 1 ~ 5 µm dan perekat organik.
Bagian keramik yang telah direkatkan dikirim ke tungku hidrogen dan disinter dengan hidrogen basah atau amonia hasil pemecahan pada suhu 1300 ~ 1500 ℃ selama 30 ~ 60 menit. Untuk bagian keramik yang dilapisi hidrida, bagian tersebut harus dipanaskan hingga sekitar 900 ℃ untuk menguraikan hidrida dan bereaksi dengan logam murni atau titanium (atau zirkonium) yang tersisa di permukaan keramik untuk mendapatkan lapisan logam pada permukaan keramik.
Untuk lapisan metalisasi Mo Mn, agar dapat dibasahi oleh solder, lapisan nikel setebal 1,4 ~ 5 µm harus dilapisi secara elektrokimia atau dilapisi dengan lapisan bubuk nikel. Jika suhu penyambungan lebih rendah dari 1000 ℃, lapisan nikel perlu disinter terlebih dahulu dalam tungku hidrogen. Suhu dan waktu sinter adalah 1000 ℃ / 15 ~ 20 menit.
Keramik yang diproses adalah bagian logam, yang harus dirakit menjadi satu kesatuan dengan cetakan baja tahan karat atau grafit dan keramik. Timah solder harus dipasang pada sambungan, dan benda kerja harus dijaga kebersihannya selama proses pengerjaan, serta tidak boleh disentuh dengan tangan kosong.
Penyambungan dengan patri harus dilakukan dalam tungku argon, hidrogen, atau vakum. Suhu penyambungan dengan patri bergantung pada logam pengisi patri. Untuk mencegah retaknya bagian keramik, laju pendinginan tidak boleh terlalu cepat. Selain itu, penyambungan dengan patri juga dapat menggunakan tekanan tertentu (sekitar 0,49 ~ 0,98 mpa).
Selain pemeriksaan kualitas permukaan, sambungan las yang disolder juga harus menjalani pemeriksaan kejut termal dan sifat mekanik. Bagian penyegelan untuk perangkat vakum juga harus menjalani uji kebocoran sesuai dengan peraturan yang berlaku.
(2) Penyambungan langsung (metode logam aktif) Saat melakukan penyambungan langsung, pertama-tama bersihkan permukaan sambungan keramik dan logam, lalu rakitlah. Untuk menghindari retak yang disebabkan oleh perbedaan koefisien ekspansi termal bahan komponen, lapisan penyangga (satu atau lebih lapisan lembaran logam) dapat diputar di antara sambungan las. Logam pengisi penyambung harus dijepit di antara dua sambungan las atau ditempatkan pada posisi di mana celah diisi dengan logam pengisi penyambung sejauh mungkin, lalu penyambungan dilakukan seperti penyambungan vakum biasa.
Jika solder Ag Cu Ti digunakan untuk penyambungan langsung, metode penyambungan vakum harus diterapkan. Ketika tingkat vakum dalam tungku mencapai 2,7 × 10⁻³ Pa, mulailah pemanasan pada 10⁻³ Pa, dan suhu dapat naik dengan cepat pada saat ini; Ketika suhu mendekati titik leleh solder, suhu harus dinaikkan perlahan agar suhu semua bagian sambungan cenderung sama; Ketika solder meleleh, suhu harus dinaikkan dengan cepat ke suhu penyambungan, dan waktu penahanannya adalah 3 ~ 5 menit; Selama pendinginan, harus didinginkan perlahan sebelum 700 ℃, dan dapat didinginkan secara alami bersama tungku setelah 700 ℃.
Saat solder aktif Ti Cu disolder langsung, bentuk solder dapat berupa lembaran Cu ditambah bubuk Ti atau bagian Cu ditambah lembaran Ti, atau permukaan keramik dapat dilapisi dengan bubuk Ti ditambah lembaran Cu. Sebelum penyolderan, semua bagian logam harus dihilangkan gasnya dengan vakum. Suhu penghilangan gas 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 × 10⁻³ Pa. Selama penyolderan, rakit komponen yang akan dilas pada perlengkapan, panaskan dalam tungku vakum hingga 900 ~ 1120 ℃, dan waktu penahanan adalah 2 ~ 5 menit. Selama seluruh proses penyolderan, tingkat vakum tidak boleh kurang dari 6,7 × 10⁻³ Pa.
Proses pematrian metode Ti Ni mirip dengan metode Ti Cu, dan suhu pematerian 900 ± 10 ℃.
(3) Metode penyambungan oksida Metode penyambungan oksida adalah metode untuk mewujudkan sambungan yang andal dengan menggunakan fase kaca yang terbentuk dari peleburan solder oksida untuk meresap ke dalam keramik dan membasahi permukaan logam. Metode ini dapat menyambungkan keramik dengan keramik dan keramik dengan logam. Logam pengisi penyambungan oksida terutama terdiri dari Al2O3, CaO, BαO, dan MgO. Dengan menambahkan B2O3, Y2O3, dan Ta2O3, logam pengisi penyambungan dengan berbagai titik leleh dan koefisien ekspansi linier dapat diperoleh. Selain itu, logam pengisi penyambungan fluorida dengan CaF2 dan NaF sebagai komponen utama juga dapat digunakan untuk menyambungkan keramik dan logam untuk mendapatkan sambungan dengan kekuatan tinggi dan ketahanan panas tinggi.
Waktu posting: 13 Juni 2022