۱. قابلیت لحیم‌کاری
لحیم‌کاری سرامیکی و سرامیکی، سرامیکی و فلزی دشوار است. بیشتر لحیم روی سطح سرامیک به صورت توپی شکل می‌گیرد و خیس‌شوندگی کمی دارد یا اصلاً خیس نمی‌شود. فلز پرکننده لحیم‌کاری که می‌تواند سرامیک را خیس کند، به راحتی می‌تواند انواع ترکیبات شکننده (مانند کاربیدها، سیلیسیدها و ترکیبات سه‌گانه یا چندمتغیره) را در فصل مشترک اتصال در حین لحیم‌کاری تشکیل دهد. وجود این ترکیبات بر خواص مکانیکی اتصال تأثیر می‌گذارد. علاوه بر این، به دلیل تفاوت زیاد ضرایب انبساط حرارتی بین سرامیک، فلز و لحیم، پس از خنک شدن دمای لحیم‌کاری تا دمای اتاق، تنش پسماند در اتصال وجود خواهد داشت که ممکن است باعث ترک خوردگی اتصال شود.
قابلیت ترشوندگی لحیم روی سطح سرامیک را می‌توان با افزودن عناصر فلزی فعال به لحیم معمولی بهبود بخشید؛ لحیم‌کاری سخت در دمای پایین و زمان کوتاه می‌تواند اثر واکنش فصل مشترک را کاهش دهد؛ تنش حرارتی اتصال را می‌توان با طراحی فرم اتصال مناسب و استفاده از یک فلز تک یا چند لایه به عنوان لایه میانی کاهش داد.
۲. لحیم کاری
سرامیک و فلز معمولاً در کوره خلاء یا کوره هیدروژن و آرگون به هم متصل می‌شوند. علاوه بر ویژگی‌های عمومی، فلزات پرکننده لحیم‌کاری برای دستگاه‌های الکترونیکی خلاء باید الزامات خاصی نیز داشته باشند. به عنوان مثال، لحیم نباید حاوی عناصری باشد که فشار بخار بالایی تولید می‌کنند تا باعث نشت دی‌الکتریک و مسمومیت کاتدی دستگاه‌ها نشود. به طور کلی مشخص شده است که هنگام کار دستگاه، فشار بخار لحیم نباید از 10-3pa تجاوز کند و ناخالصی‌های فشار بخار بالای موجود نباید از 0.002٪ ~ 0.005٪ تجاوز کند. w (o) لحیم نباید از 0.001٪ تجاوز کند تا از بخار آب تولید شده در حین لحیم‌کاری در هیدروژن جلوگیری شود که ممکن است باعث پاشش فلز لحیم مذاب شود. علاوه بر این، لحیم باید تمیز و عاری از اکسیدهای سطحی باشد.
هنگام لحیم‌کاری سخت پس از فلزکاری سرامیکی، می‌توان از مس، پایه، مس نقره‌ای، مس طلایی و سایر فلزات پرکننده لحیم‌کاری سخت آلیاژی استفاده کرد.
برای لحیم‌کاری مستقیم سرامیک‌ها و فلزات، فلزات پرکننده لحیم‌کاری حاوی عناصر فعال Ti و Zr باید انتخاب شوند. فلزات پرکننده دوتایی عمدتاً Ti Cu و Ti Ni هستند که می‌توانند در دمای 1100 درجه سانتیگراد استفاده شوند. در میان لحیم‌کاری سه‌تایی، Ag Cu Ti (W) (TI) رایج‌ترین لحیم مورد استفاده است که می‌تواند برای لحیم‌کاری مستقیم سرامیک‌ها و فلزات مختلف استفاده شود. فلز پرکننده سه‌تایی را می‌توان با فویل، پودر یا فلز پرکننده یوتکتیک Ag Cu با پودر Ti استفاده کرد. فلز پرکننده لحیم‌کاری B-ti49be2 مقاومت خوردگی مشابهی با فولاد ضد زنگ و فشار بخار کم دارد. می‌توان آن را ترجیحاً در اتصالات آب‌بندی خلاء با مقاومت در برابر اکسیداسیون و نشت انتخاب کرد. در لحیم‌کاری ti-v-cr، دمای ذوب کمترین مقدار (1620 درجه سانتیگراد) را دارد که w (V) 30٪ باشد و افزودن Cr می‌تواند به طور مؤثر محدوده دمای ذوب را کاهش دهد. لحیم B-ti47.5ta5 بدون کروم برای لحیم کاری مستقیم آلومینا و اکسید منیزیم استفاده شده است و اتصال آن می‌تواند در دمای محیط 1000 درجه سانتیگراد کار کند. جدول 14 شار فعال برای اتصال مستقیم بین سرامیک و فلز را نشان می‌دهد.
جدول 14 فلزات پرکننده فعال لحیم کاری سخت برای لحیم کاری سخت سرامیک و فلز
۲. فناوری لحیم‌کاری سخت
سرامیک‌های پیش‌فلزکاری‌شده را می‌توان در محیط گاز بی‌اثر با خلوص بالا، هیدروژن یا خلاء لحیم‌کاری کرد. لحیم‌کاری خلاء معمولاً برای لحیم‌کاری مستقیم سرامیک‌ها بدون فلزکاری استفاده می‌شود.
(1) فرآیند لحیم کاری جهانی فرآیند لحیم کاری جهانی سرامیک و فلز را می توان به هفت فرآیند تقسیم کرد: تمیز کردن سطح، پوشش خمیری، فلزکاری سطح سرامیک، آبکاری نیکل، لحیم کاری و بازرسی پس از جوش.
هدف از تمیز کردن سطح، از بین بردن لکه روغن، لکه عرق و لایه اکسید روی سطح فلز پایه است. قطعات فلزی و لحیم کاری ابتدا باید چربی زدایی شوند، سپس لایه اکسید با شستشوی اسیدی یا قلیایی برداشته شود، با آب جاری شسته و خشک شود. قطعاتی که نیاز به مقاومت بالایی دارند باید در کوره خلاء یا کوره هیدروژنی (روش بمباران یونی نیز می‌تواند استفاده شود) در دما و زمان مناسب عملیات حرارتی شوند تا سطح قطعات تمیز شود. قطعات تمیز شده نباید با اجسام چرب یا دست‌های برهنه تماس پیدا کنند. آنها باید بلافاصله در فرآیند بعدی یا در خشک کن قرار گیرند. آنها نباید برای مدت طولانی در معرض هوا قرار گیرند. قطعات سرامیکی باید با استون و اولتراسونیک تمیز شوند، با آب جاری شسته شوند و در نهایت دو بار با آب دیونیزه هر بار به مدت 15 دقیقه جوشانده شوند.
پوشش خمیری یک فرآیند مهم در متالیزاسیون سرامیک است. در طول پوشش، با استفاده از قلم مو یا دستگاه پوشش خمیری، روی سطح سرامیکی که قرار است متالیزه شود، اعمال می‌شود. ضخامت پوشش عموماً 30 تا 60 میلی‌متر است. این خمیر عموماً از پودر فلز خالص (گاهی اوقات اکسید فلز مناسب اضافه می‌شود) با اندازه ذرات حدود 1 تا 5 میکرومتر و چسب آلی تهیه می‌شود.
قطعات سرامیکی چسبانده شده به کوره هیدروژنی فرستاده می‌شوند و با هیدروژن مرطوب یا آمونیاک ترک خورده در دمای ۱۳۰۰ تا ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد به مدت ۳۰ تا ۶۰ دقیقه تف جوشی می‌شوند. قطعات سرامیکی پوشش داده شده با هیدریدها، باید تا حدود ۹۰۰ درجه سانتیگراد گرم شوند تا هیدریدها تجزیه شوند و با فلز خالص یا تیتانیوم (یا زیرکونیوم) باقی مانده روی سطح سرامیک واکنش دهند تا یک پوشش فلزی روی سطح سرامیک ایجاد شود.
برای لایه متالیزه شده Mo Mn، به منظور خیس شدن با لحیم، یک لایه نیکل با ضخامت 1.4 تا 5 میکرومتر باید آبکاری یا با لایه‌ای از پودر نیکل پوشش داده شود. اگر دمای لحیم کاری کمتر از 1000 درجه سانتیگراد باشد، لایه نیکل باید در کوره هیدروژنی پیش پخت شود. دما و زمان پخت 1000 درجه سانتیگراد / 15 تا 20 دقیقه است.
سرامیک‌های فرآوری شده قطعات فلزی هستند که باید با قالب‌های فولادی ضد زنگ یا گرافیتی و سرامیکی به صورت یک کل مونتاژ شوند. لحیم باید در محل اتصالات نصب شود و قطعه کار باید در طول عملیات تمیز نگه داشته شود و با دست‌های برهنه لمس نشود.
لحیم‌کاری سخت باید در کوره آرگون، هیدروژن یا خلاء انجام شود. دمای لحیم‌کاری سخت به فلز پرکننده لحیم‌کاری بستگی دارد. به منظور جلوگیری از ترک خوردن قطعات سرامیکی، سرعت خنک شدن نباید خیلی سریع باشد. علاوه بر این، لحیم‌کاری سخت می‌تواند فشار خاصی (حدود 0.49 تا 0.98 مگاپاسکال) را نیز اعمال کند.
علاوه بر بازرسی کیفیت سطح، قطعات جوش داده شده لحیم کاری شده باید تحت بررسی شوک حرارتی و خواص مکانیکی نیز قرار گیرند. قطعات آب بندی برای دستگاه های خلاء نیز باید طبق مقررات مربوطه تحت آزمایش نشتی قرار گیرند.
(2) لحیم کاری مستقیم هنگام لحیم کاری مستقیم (روش فلز فعال)، ابتدا سطح قطعات جوش داده شده سرامیکی و فلزی را تمیز کرده و سپس آنها را مونتاژ کنید. به منظور جلوگیری از ترک های ناشی از ضرایب انبساط حرارتی مختلف مواد تشکیل دهنده، لایه بافر (یک یا چند لایه از ورق های فلزی) را می توان بین قطعات جوش چرخاند. فلز پرکننده لحیم کاری باید بین دو قطعه جوش داده شده محکم شود یا در موقعیتی قرار گیرد که شکاف تا حد امکان با فلز پرکننده لحیم کاری پر شده باشد و سپس لحیم کاری باید مانند لحیم کاری معمولی در خلاء انجام شود.
اگر از لحیم نقره، مس، تیتانیوم برای لحیم‌کاری مستقیم استفاده شود، باید از روش لحیم‌کاری در خلاء استفاده شود. وقتی درجه خلاء در کوره به 2.7 رسید، حرارت دادن را با فشار 10 تا 3 پاسکال شروع کنید، در این زمان دما می‌تواند به سرعت افزایش یابد. وقتی دما نزدیک به نقطه ذوب لحیم است، دما باید به آرامی افزایش یابد تا دمای تمام قسمت‌های جوش یکسان شود. وقتی لحیم ذوب شد، دما باید به سرعت تا دمای لحیم‌کاری افزایش یابد و زمان نگهداری باید 3 تا 5 دقیقه باشد. در حین خنک شدن، باید قبل از 700 درجه سانتیگراد به آرامی خنک شود و پس از 700 درجه سانتیگراد می‌توان آن را به طور طبیعی با کوره خنک کرد.
وقتی لحیم فعال Ti-Cu مستقیماً لحیم‌کاری می‌شود، نوع لحیم می‌تواند فویل مس به همراه پودر تیتانیوم یا قطعات مس به همراه فویل تیتانیوم باشد، یا سطح سرامیکی را می‌توان با پودر تیتانیوم به همراه فویل مس پوشش داد. قبل از لحیم‌کاری، تمام قطعات فلزی باید با خلاء گاززدایی شوند. دمای گاززدایی مس بدون اکسیژن باید 750 تا 800 درجه سانتیگراد باشد و Ti، Nb، Ta و غیره باید در دمای 900 درجه سانتیگراد به مدت 15 دقیقه گاززدایی شوند. در این زمان، درجه خلاء نباید کمتر از 6.7 × 10-3Pa باشد. در حین لحیم‌کاری، قطعاتی را که باید در فیکسچر جوش داده شوند، مونتاژ کنید، آنها را در کوره خلاء تا 900 تا 1120 درجه سانتیگراد گرم کنید و زمان نگهداری 2 تا 5 دقیقه باشد. در کل فرآیند لحیم‌کاری، درجه خلاء نباید کمتر از 6.7 × 10-3Pa باشد.
فرآیند لحیم کاری روش Ti Ni شبیه به روش Ti Cu است و دمای لحیم کاری 10 ± 900 ℃ است.
(3) روش لحیم‌کاری اکسیدی روش لحیم‌کاری اکسیدی روشی برای ایجاد اتصال قابل اعتماد با استفاده از فاز شیشه‌ای تشکیل شده توسط ذوب لحیم اکسیدی برای نفوذ به سرامیک و مرطوب کردن سطح فلز است. این روش می‌تواند سرامیک را به سرامیک و سرامیک را به فلزات متصل کند. فلزات پرکننده لحیم‌کاری اکسیدی عمدتاً از Al2O3، Cao، Bao و MgO تشکیل شده‌اند. با افزودن B2O3، Y2O3 و ta2o3، می‌توان فلزات پرکننده لحیم‌کاری با نقاط ذوب و ضرایب انبساط خطی مختلف را به دست آورد. علاوه بر این، فلزات پرکننده لحیم‌کاری فلورایدی با CaF2 و NaF به عنوان اجزای اصلی نیز می‌توانند برای اتصال سرامیک و فلزات استفاده شوند تا اتصالاتی با استحکام بالا و مقاومت حرارتی بالا به دست آید.
زمان ارسال: ۱۳ ژوئن ۲۰۲۲