Pájení keramiky a kovů

1. Pájitelnost

Je obtížné pájet keramické a keramické, keramické a kovové součásti.Většina pájky tvoří na keramickém povrchu kuličku s malým nebo žádným smáčením.Přídavný kov pro tvrdé pájení, který může smáčet keramiku, snadno vytváří různé křehké sloučeniny (jako jsou karbidy, silicidy a ternární nebo vícerozměrné sloučeniny) na rozhraní spoje během pájení.Existence těchto sloučenin ovlivňuje mechanické vlastnosti spoje.Navíc v důsledku velkého rozdílu koeficientů tepelné roztažnosti mezi keramikou, kovem a pájkou bude po ochlazení teploty pájení na pokojovou teplotu ve spoji zbytkové napětí, které může způsobit praskání spoje.

Smáčivost pájky na keramickém povrchu lze zlepšit přidáním aktivních kovových prvků do běžné pájky;Nízká teplota a krátké pájení mohou snížit účinek reakce rozhraní;Tepelné namáhání spoje lze snížit navržením vhodné formy spoje a použitím jedno nebo vícevrstvého kovu jako mezivrstvy.

2. Pájka

Keramika a kov jsou obvykle spojeny ve vakuové peci nebo vodíkové a argonové peci.Kromě obecných charakteristik by přídavné kovy pro tvrdé pájení pro vakuová elektronická zařízení měly mít také některé speciální požadavky.Například pájka by neměla obsahovat prvky, které produkují vysoký tlak par, aby nedošlo k úniku dielektrika a otravě katodami zařízení.Obecně je stanoveno, že když zařízení pracuje, tlak par pájky nesmí překročit 10-3pa a obsažené nečistoty s vysokým tlakem par nesmí překročit 0,002 % ~ 0,005 %;W (o) pájky nesmí překročit 0,001 %, aby se zabránilo tvorbě vodní páry při pájení natvrdo ve vodíku, která by mohla způsobit rozstřikování roztaveného kovu;Kromě toho musí být pájka čistá a bez povrchových oxidů.

Při pájení natvrdo po keramické metalizaci lze použít měď, základní, stříbrnou měď, zlatou měď a další slitinové pájecí kovy.

Pro přímé pájení keramiky a kovů se volí přídavné kovy pro pájení obsahující aktivní prvky Ti a Zr.Binární výplňové kovy jsou hlavně Ti Cu a Ti Ni, které lze použít při 1100 ℃.Mezi ternární pájkou je nejčastěji používaná pájka Ag Cu Ti (W) (TI), kterou lze použít k přímému pájení různé keramiky a kovů.Ternární přídavný kov může být použit jako fólie, prášek nebo Ag Cu eutektický přídavný kov s Ti práškem.Pájecí kov B-ti49be2 má podobnou odolnost proti korozi jako nerezová ocel a nízký tlak par.Lze jej přednostně volit u vakuově těsnících spojů s odolností proti oxidaci a svodům.U pájky ti-v-cr je teplota tání nejnižší (1620 ℃), když je w (V) 30 %, a přidání Cr může účinně snížit rozsah teplot tání.Pájka B-ti47,5ta5 bez Cr byla použita pro přímé pájení oxidu hlinitého a oxidu hořečnatého a její spoj může pracovat při okolní teplotě 1000 ℃.Tabulka 14 ukazuje aktivní tok pro přímé spojení mezi keramikou a kovem.

Tabulka 14 aktivní pájecí přídavné kovy pro keramické a kovové pájení

2. Technologie pájení

Předem pokovená keramika může být pájena ve vysoce čistém inertním plynu, vodíku nebo vakuu.Vakuové pájení se obecně používá pro přímé pájení keramiky bez pokovování.

(1) Univerzální pájecí proces Univerzální pájecí proces keramiky a kovu lze rozdělit do sedmi procesů: čištění povrchu, potahování pastou, metalizace keramického povrchu, niklování, pájení a kontrola po svařování.

Účelem povrchového čištění je odstranit olejové skvrny, skvrny od potu a oxidový film na povrchu obecného kovu.Kovové části a pájku je třeba nejprve odmastit, poté odstranit oxidový film kyselým nebo zásaditým mytím, omýt tekoucí vodou a vysušit.Díly s vysokými požadavky musí být tepelně zpracovány ve vakuové peci nebo vodíkové peci (lze použít i metodu iontového bombardování) při vhodné teplotě a čase, aby se povrch dílů očistil.Vyčištěné části se nesmí dotýkat mastných předmětů nebo holýma rukama.Musí být okamžitě vloženy do dalšího procesu nebo do sušičky.Nesmí být dlouhodobě vystaveny vzduchu.Keramické části se očistí acetonem a ultrazvukem, omyjí se tekoucí vodou a nakonec se dvakrát vaří s deionizovanou vodou vždy 15 minut

Potahování pastou je důležitý proces pokovování keramiky.Během potahování se nanáší na keramický povrch, který má být pokovován, pomocí štětce nebo stroje na potahování pastou.Tloušťka povlaku je obecně 30 ~ 60 mm.Pasta se obecně připravuje z čistého kovového prášku (někdy se přidává vhodný oxid kovu) s velikostí částic asi 1 ~ 5 um a organického lepidla.

Lepené keramické díly jsou odeslány do vodíkové pece a spékány s vlhkým vodíkem nebo krakovaným amoniakem při 1300 ~ 1500 ℃ po dobu 30 ~ 60 minut.U keramických dílů potažených hydridy se tyto zahřejí na asi 900 °C, aby se hydridy rozložily a reagovaly s čistým kovem nebo titanem (nebo zirkonem) zbývajícím na keramickém povrchu, aby se na keramickém povrchu získal kovový povlak.

Pro Mo Mn metalizovanou vrstvu, aby byla navlhčena pájkou, musí být niklová vrstva 1,4 ~ 5 um galvanicky pokovena nebo potažena vrstvou niklového prášku.Pokud je teplota pájení nižší než 1000 ℃, niklová vrstva musí být předem slinována ve vodíkové peci.Teplota a doba slinování jsou 1000 ℃ /15 ~ 20 min.

Ošetřená keramika jsou kovové díly, které se spojí do celku nerezovými nebo grafitovými a keramickými formami.Pájka musí být instalována na spojích a obrobek musí být během operace udržován v čistotě a nesmí se ho dotýkat holýma rukama.

Pájení se provádí v argonové, vodíkové nebo vakuové peci.Teplota pájení závisí na přídavném kovu pro pájení.Aby se zabránilo praskání keramických dílů, rychlost chlazení by neměla být příliš vysoká.Kromě toho může pájení také vyvinout určitý tlak (asi 0,49 ~ 0,98 mpa).

Kromě kontroly kvality povrchu musí být pájené svařence podrobeny také kontrole tepelného šoku a kontrole mechanických vlastností.Těsnicí díly pro vakuová zařízení musí být rovněž podrobeny zkoušce těsnosti podle příslušných předpisů.

(2) Přímé pájení při přímém pájení (metoda aktivního kovu), nejprve očistěte povrch keramických a kovových svařenců a poté je sestavte.Aby se zabránilo prasklinám způsobeným rozdílnými koeficienty tepelné roztažnosti materiálů součástí, lze mezi svařencemi otáčet nárazníkovou vrstvou (jedna nebo více vrstev plechu).Přídavný kov pro tvrdé pájení se upne mezi dva svařence nebo se umístí na místo, kde je mezera co nejvíce vyplněna přídavným kovem pro tvrdé pájení, a poté se pájení provádí jako běžné vakuové pájení.

Pokud se pro přímé pájení používá Ag Cu Ti pájka, musí se použít metoda vakuového pájení.Když stupeň vakua v peci dosáhne 2,7 × Začněte zahřívat při 10-3pa a teplota může v tomto okamžiku rychle vzrůst;Když se teplota blíží bodu tání pájky, měla by se teplota zvyšovat pomalu, aby teplota všech částí svařence měla tendenci být stejná;Když se pájka roztaví, teplota se rychle zvýší na teplotu pájení a doba výdrže bude 3 ~ 5 minut;Během chlazení se musí pomalu chladit před 700 °C a po 700 °C může být ochlazován přirozeně v peci.

Když je aktivní pájka Ti Cu přímo pájena, může být formou pájky Cu fólie plus Ti prášek nebo Cu díly plus Ti fólie, nebo může být keramický povrch potažen Ti práškem plus Cu fólie.Před pájením musí být všechny kovové části odplyněny vakuem.Teplota odplyňování bezkyslíkaté mědi musí být 750 ~ 800 °C a Ti, Nb, Ta atd. se odplyňují při 900 °C po dobu 15 minut.V tomto okamžiku by stupeň vakua neměl být menší než 6,7 × 10-3Pa. Během pájení sestavte součásti, které se mají svařit, do přípravku, zahřejte je ve vakuové peci na 900 ~ 1120 ℃ a doba výdrže je 2 ~ 5 minut.Během celého procesu pájení nesmí být stupeň vakua menší než 6,7 × 10-3Pa.

Proces pájení metodou Ti Ni je podobný jako u metody Ti Cu a teplota pájení je 900 ± 10 ℃.

(3) Metoda oxidového pájení Metoda oxidového pájení je metoda k realizaci spolehlivého spojení pomocí skleněné fáze vytvořené tavením oxidové pájky k infiltraci do keramiky a zvlhčení kovového povrchu.Dokáže propojit keramiku s keramikou a keramiku s kovy.Oxidové pájecí kovy se skládají hlavně z Al2O3, Cao, Bao a MgO.Přidáním B2O3, Y2O3 a ta2o3 lze získat přídavné kovy pro tvrdé pájení s různými teplotami tání a koeficienty lineární roztažnosti.Kromě toho lze fluoridové pájecí kovy s CaF2 a NaF jako hlavními složkami použít také pro spojování keramiky a kovů pro získání spojů s vysokou pevností a vysokou tepelnou odolností.