Keramikos ir metalų litavimas

1. Litavimas

Keraminius ir keraminius, keraminius ir metalinius komponentus sunku lituoti. Didžioji dalis lydmetalio ant keraminio paviršiaus suformuoja rutuliuką, beveik nesušlapindamas arba visiškai nesušlapindamas. Litavimo metalas, galintis sudrėkinti keramiką, litavimo metu lengvai sudaro įvairius trapius junginius (pvz., karbidus, silicidus ir trijų komponentų arba daugiamačius junginius). Šių junginių buvimas turi įtakos jungties mechaninėms savybėms. Be to, dėl didelio keramikos, metalo ir lydmetalio šiluminio plėtimosi koeficientų skirtumo, atvėsus litavimo temperatūrai iki kambario temperatūros, jungtyje lieka liekamasis įtempis, kuris gali sukelti jungties įtrūkimus.

Lydmetalio drėkinamumą ant keraminio paviršiaus galima pagerinti į įprastą lydmetalį pridedant aktyviųjų metalo elementų; žema temperatūra ir trumpas litavimo laikas gali sumažinti sąsajos reakcijos poveikį; jungties terminį įtempį galima sumažinti suprojektuojant tinkamą jungties formą ir naudojant vieno arba kelių sluoksnių metalą kaip tarpinį sluoksnį.

2. Litavimas

Keramika ir metalas paprastai jungiami vakuuminėje krosnyje arba vandenilio ir argono krosnyje. Be bendrųjų savybių, vakuuminių elektroninių prietaisų litavimo metalams turi būti taikomi ir specialūs reikalavimai. Pavyzdžiui, lydmetalyje neturėtų būti elementų, kurie sukuria didelį garų slėgį, kad nesukeltų dielektrinio nuotėkio ir prietaisų katodo apsinuodijimo. Paprastai nurodoma, kad prietaisui veikiant lydmetalio garų slėgis neturi viršyti 10⁻³Pa, o didelio garų slėgio priemaišos neturi viršyti 0,002–0,005%; lydmetalio w(o) kiekis neturi viršyti 0,001%, kad būtų išvengta vandens garų, susidarančių lituojant vandeniliu, kurie gali sukelti išlydyto lydmetalio taškymąsi; be to, lydmetalis turi būti švarus ir be paviršiaus oksidų.

Lituojant po keramikos metalizacijos, galima naudoti varį, bazinį varį, sidabrinį varį, auksinį varį ir kitus lydinių litavimo užpildus.

Keramikos ir metalų tiesioginiam litavimui reikia rinktis litavimo užpildus, kurių sudėtyje yra aktyviųjų elementų Ti ir Zr. Dvejetainiai užpildai daugiausia yra Ti, Cu ir Ti Ni, kuriuos galima naudoti 1100 ℃ temperatūroje. Iš trinarių lydmetalių dažniausiai naudojamas Ag, Cu, Ti (W) (TI), kuris gali būti naudojamas įvairių keramikų ir metalų tiesioginiam litavimui. Trinaris užpildas gali būti folija, milteliai arba Ag Cu eutektinis užpildas su Ti milteliais. B-ti49be2 litavimo užpildas pasižymi panašiu atsparumu korozijai kaip nerūdijantis plienas ir mažu garų slėgiu. Jį galima pasirinkti vakuuminio sandarinimo jungtyse, nes jis atsparus oksidacijai ir nuotėkiui. Ti-v-cr lydmetalyje lydymosi temperatūra yra žemiausia (1620 ℃), kai w (V) yra 30 %, o Cr pridėjimas gali efektyviai sumažinti lydymosi temperatūros diapazoną. B-ti47.5ta5 lydmetalis be Cr buvo naudojamas tiesioginiam aliuminio oksido ir magnio oksido litavimui, o jo jungtis gali veikti 1000 ℃ aplinkos temperatūroje. 14 lentelėje parodytas aktyvus srautas tiesioginiam keramikos ir metalo sujungimui.

14 lentelė. Aktyvaus litavimo užpildai keramikos ir metalo litavimui.

2. Litavimo technologija

Iš anksto metalizuota keramika gali būti lituojama grynose inertinėse dujose, vandenilyje arba vakuuminėje aplinkoje. Vakuuminis litavimas paprastai naudojamas tiesioginiam keramikos litavimui be metalizacijos.

(1) Universalus litavimo procesas Universalų keramikos ir metalo litavimo procesą galima suskirstyti į septynis procesus: paviršiaus valymą, pastos dengimą, keramikos paviršiaus metalizavimą, nikelio dengimą, litavimą ir suvirinimo patikrinimą.

Paviršiaus valymo tikslas – pašalinti alyvos dėmes, prakaito dėmes ir oksido plėvelę nuo netauriųjų metalų paviršiaus. Metalinės dalys ir lydmetalis pirmiausia turi būti nuriebalinti, tada oksido plėvelė pašalinama rūgštimi arba šarmu, nuplaunama tekančiu vandeniu ir išdžiovinami. Detalės, kurioms keliami aukšti reikalavimai, turi būti termiškai apdorojamos vakuuminėje arba vandenilinėje krosnyje (taip pat galima naudoti jonų bombardavimo metodą) tinkamoje temperatūroje ir laiku, kad būtų išvalytas detalių paviršius. Išvalytos dalys neturi liestis su riebaluotais daiktais ar plikomis rankomis. Jos turi būti nedelsiant perkeltos į kitą procesą arba į džiovyklę. Jos negali būti ilgai veikiamos oro. Keraminės dalys turi būti valomos acetonu ir ultragarsu, plaunamos tekančiu vandeniu ir galiausiai du kartus virinamos dejonizuotame vandenyje po 15 minučių.

Pastos dengimas yra svarbus keramikos metalizavimo procesas. Dengimo metu ji užtepama ant metalizuojamo keramikos paviršiaus teptuku arba pastos dengimo mašina. Dangos storis paprastai yra 30–60 mm. Pasta paprastai gaminama iš gryno metalo miltelių (kartais pridedama atitinkamo metalo oksido), kurių dalelių dydis yra apie 1–5 μm, ir organinių klijų.

Suklijuotos keraminės dalys siunčiamos į vandenilio krosnį ir 1300–1500 ℃ temperatūroje 30–60 min. sukepinamos šlapiu vandeniliu arba krekinguotu amoniaku. Hidridais padengtos keraminės dalys kaitinamos iki maždaug 900 ℃, kad suskaidytų hidridus ir reaguotų su grynu metalu arba titanu (arba cirkoniu), likusiu ant keramikos paviršiaus, ir susidarytų metalinė danga.

Norint sudrėkinti MoMn metalizuotą sluoksnį lydmetaliu, reikia galvanizuoti arba padengti nikelio miltelių sluoksniu 1,4–5 μm storio nikelio sluoksnį. Jei litavimo temperatūra žemesnė nei 1000 ℃, nikelio sluoksnis turi būti iš anksto sukepintas vandenilio krosnyje. Sukepinimo temperatūra ir laikas yra 1000 ℃ / 15–20 min.

Apdorota keramika yra metalinės dalys, kurios surenkamos į visumą naudojant nerūdijančio plieno arba grafito ir keramikos formas. Jungtyse įdedamas litavimas, o ruošinys viso proceso metu laikomas švarus ir neliesamas plikomis rankomis.

Litavimas atliekamas argono, vandenilio arba vakuuminėje krosnyje. Litavimo temperatūra priklauso nuo litavimo metalo. Siekiant išvengti keraminių dalių įtrūkimų, aušinimo greitis neturi būti per didelis. Be to, lituojant taip pat galima taikyti tam tikrą slėgį (apie 0,49–0,98 MPa).

Be paviršiaus kokybės patikrinimo, lituotoms suvirinimo jungtims taip pat turi būti atliekamas terminio smūgio ir mechaninių savybių patikrinimas. Vakuuminių įrenginių sandarinimo detalėms taip pat turi būti atliktas sandarumo bandymas pagal atitinkamus reglamentus.

(2) Tiesioginis litavimas. Kai lituojama tiesiogiai (aktyvaus metalo metodu), pirmiausia nuvalykite keraminių ir metalinių suvirinimo jungčių paviršių, o tada jas surinkite. Siekiant išvengti įtrūkimų, atsirandančių dėl skirtingų komponentų medžiagų šiluminio plėtimosi koeficientų, buferinį sluoksnį (vieną ar kelis metalo lakštų sluoksnius) galima sukti tarp suvirinimo jungčių. Litavimo užpildas turi būti įspaustas tarp dviejų suvirinimo jungčių arba dedamas tokioje vietoje, kad tarpas būtų kuo labiau užpildytas litavimo užpildu, o tada litavimas atliekamas kaip įprastas vakuuminis litavimas.

Jei tiesioginiam litavimui naudojamas Ag Cu Ti lydmetalis, reikia taikyti vakuuminį litavimo metodą. Kai krosnyje vakuumo laipsnis pasiekia 2,7 × 1, kaitinimas pradedamas 10-3pa slėgiu, temperatūra gali greitai kilti; kai temperatūra artima lydmetalio lydymosi temperatūrai, temperatūra turi būti lėtai keliama, kad visų suvirinimo siūlės dalių temperatūra būtų vienoda; lydmetaliui išsilydžius, temperatūra turi būti greitai keliama iki litavimo temperatūros, o palaikymo laikas turi būti 3–5 minutės; aušinant, ji lėtai aušinama iki 700 ℃, o po 700 ℃ ją galima natūraliai aušinti krosnyje.

Kai tiesiogiai lituojamas aktyvusis Ti-Cu lydmetalis, lydmetalio forma gali būti Cu folija ir Ti milteliai arba Cu dalys ir Ti folija, arba keraminis paviršius gali būti padengtas Ti milteliais ir Cu folija. Prieš litavimą visos metalinės dalys turi būti degazuotos vakuume. Deguonies neturinčio vario degazavimo temperatūra turi būti 750–800 ℃, o Ti, Nb, Ta ir kt. turi būti degazuoti 900 ℃ temperatūroje 15 min. Šiuo metu vakuumo laipsnis turi būti ne mažesnis kaip 6,7 × 10⁻³Pa. Litavimo metu surinkite suvirinamas dalis į tvirtinimo detalę, įkaitinkite jas vakuuminėje krosnyje iki 900–1120 ℃, o palaikymo laikas yra 2–5 min. Viso litavimo proceso metu vakuumo laipsnis turi būti ne mažesnis kaip 6,7 × 10⁻³Pa.

Ti Ni metodo litavimo procesas yra panašus į Ti Cu metodą, o litavimo temperatūra yra 900 ± 10 ℃.

(3) Oksidinio litavimo metodas Oksidinio litavimo metodas – tai metodas, leidžiantis užtikrinti patikimą jungtį, kai stiklo fazė, susidariusi lydant oksidinį lydmetalį, įsiskverbia į keramiką ir sudrėkina metalo paviršių. Juo galima sujungti keramiką su keramika, o keramiką – su metalais. Oksidinio litavimo užpildai daugiausia sudaryti iš Al₂O₃, Cao, Bao ir MgO. Pridėjus B₂O₃, Y₂O₃ ir ta₂O₃, galima gauti įvairių lydymosi temperatūrų ir linijinio plėtimosi koeficientų litavimo užpildus. Be to, fluoridinio litavimo užpildai, kurių pagrindiniai komponentai yra CaF₂ ir NaF, taip pat gali būti naudojami keramikai ir metalams sujungti, siekiant gauti didelio stiprumo ir atsparumo karščiui jungtis.