لحیم کاری سرامیک و فلزات

1. لحیم پذیری

لحیم کاری قطعات سرامیکی و سرامیکی، سرامیکی و فلزی دشوار است.بیشتر لحیم کاری یک توپ را روی سطح سرامیکی تشکیل می دهد، بدون خیس شدن یا خیس شدن کم.فلز پرکننده لحیم کاری که می تواند سرامیک ها را خیس کند به راحتی می تواند انواع ترکیبات شکننده (مانند کاربیدها، سیلیسیدها و ترکیبات سه تایی یا چند متغیره) را در فصل مشترک در هنگام لحیم کاری تشکیل دهد.وجود این ترکیبات بر خواص مکانیکی مفصل تاثیر می گذارد.علاوه بر این، به دلیل تفاوت زیاد ضرایب انبساط حرارتی بین سرامیک، فلز و لحیم کاری، پس از سرد شدن دمای لحیم کاری تا دمای اتاق، تنش پسماند در محل اتصال وجود خواهد داشت که ممکن است باعث ترک خوردن اتصال شود.

ترشوندگی لحیم کاری روی سطح سرامیکی را می توان با افزودن عناصر فلزی فعال به لحیم کاری معمولی بهبود بخشید.دمای پایین و لحیم کاری کوتاه مدت می تواند اثر واکنش رابط را کاهش دهد.تنش حرارتی اتصال را می توان با طراحی فرم اتصال مناسب و استفاده از یک فلز تک لایه یا چند لایه به عنوان لایه میانی کاهش داد.

2. لحیم کاری

سرامیک و فلز معمولاً در کوره خلاء یا کوره هیدروژن و آرگون به هم متصل می شوند.علاوه بر مشخصات کلی، لحیم کاری فلزات پرکننده برای دستگاه های الکترونیکی خلاء نیز باید دارای برخی الزامات خاص باشد.به عنوان مثال، لحیم کاری نباید حاوی عناصری باشد که فشار بخار بالایی تولید می کنند، تا باعث نشت دی الکتریک و مسمومیت کاتدی دستگاه ها نشود.به طور کلی مشخص می شود که وقتی دستگاه کار می کند، فشار بخار لحیم کاری نباید از 10-3pa تجاوز کند و ناخالصی های فشار بخار بالای موجود نباید از 0.002٪ تا 0.005٪ تجاوز کند.w (o) لحیم کاری نباید از 0.001% تجاوز کند تا از بخار آب تولید شده در حین لحیم کاری در هیدروژن جلوگیری شود که ممکن است باعث پاشش فلز لحیم مذاب شود.علاوه بر این، لحیم کاری باید تمیز و عاری از اکسیدهای سطحی باشد.

هنگام لحیم کاری پس از متالیزاسیون سرامیکی، می توان از مس، پایه، مس نقره، مس طلا و سایر فلزات پرکننده لحیم کاری آلیاژی استفاده کرد.

برای لحیم کاری مستقیم سرامیک ها و فلزات، فلزات پرکننده لحیم کاری حاوی عناصر فعال Ti و Zr باید انتخاب شوند.فلزات پرکننده دوتایی عمدتاً Ti Cu و Ti Ni هستند که می توانند در دمای 1100 ℃ استفاده شوند.در میان لحیم کاری سه تایی، Ag Cu Ti (W) (TI) پرکاربردترین لحیم کاری است که می توان از آن برای لحیم کاری مستقیم سرامیک ها و فلزات مختلف استفاده کرد.فلز پرکننده سه تایی را می توان با فویل، پودر یا فلز پرکننده یوتکتیک Ag Cu با پودر Ti استفاده کرد.فلز پرکننده لحیم کاری B-ti49be2 دارای مقاومت خوردگی مشابه با فولاد ضد زنگ و فشار بخار کم است.می توان آن را ترجیحاً در اتصالات آب بندی خلاء با مقاومت در برابر اکسیداسیون و نشت انتخاب کرد.در لحیم کاری ti-v-cr، زمانی که w (V) 30٪ باشد، دمای ذوب کمترین (1620 ℃) ​​است و افزودن کروم می تواند به طور موثر محدوده دمای ذوب را کاهش دهد.لحیم کاری B-ti47.5ta5 بدون کروم برای لحیم کاری مستقیم آلومینا و اکسید منیزیم استفاده شده است و اتصال آن می تواند در دمای محیطی 1000 درجه سانتیگراد کار کند.جدول 14 شار فعال برای اتصال مستقیم بین سرامیک و فلز را نشان می دهد.

جدول 14 فلزات پرکننده لحیم کاری فعال برای لحیم کاری سرامیکی و فلزی

2. تکنولوژی لحیم کاری

سرامیک های پیش متالیز شده را می توان در محیط گاز بی اثر، هیدروژن یا خلاء با خلوص بالا لحیم کاری کرد.لحیم کاری خلاء عموماً برای لحیم کاری مستقیم سرامیک ها بدون متالیزاسیون استفاده می شود.

(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، متالیزاسیون سطح سرامیک، آبکاری نیکل، لحیم کاری و بازرسی پس از جوش.

هدف از تمیز کردن سطوح از بین بردن لکه روغن، لکه عرق و لایه اکسید روی سطح فلز پایه است.قطعات فلزی و لحیم کاری باید ابتدا چربی زدایی شوند، سپس لایه اکسیدی باید با شستشوی اسیدی یا قلیایی جدا شود، با آب جاری شسته شده و خشک شود.قطعات با نیاز بالا باید در کوره خلاء یا کوره هیدروژنی (از روش بمباران یونی نیز استفاده شود) در دما و زمان مناسب برای خالص سازی سطح قطعات عملیات حرارتی شوند.قطعات تمیز شده نباید با اجسام چرب یا دست برهنه تماس داشته باشند.آنها باید بلافاصله در فرآیند بعدی یا در خشک کن قرار داده شوند.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 به مدت 15 دقیقه هر بار جوشانده شوند.

پوشش خمیری فرآیند مهم متالیزاسیون سرامیکی است.در حین پوشش، روی سطح سرامیکی اعمال می شود تا با دستگاه برس یا خمیر روکش فلزی شود.ضخامت پوشش به طور کلی 30 تا 60 میلی متر است.خمیر به طور کلی از پودر فلز خالص (گاهی اوقات اکسید فلز مناسب اضافه می شود) با اندازه ذرات حدود 1 تا 5 میکرومتر و چسب آلی تهیه می شود.

قطعات سرامیکی چسبانده شده به کوره هیدروژن فرستاده می شوند و با هیدروژن مرطوب یا آمونیاک ترک خورده در دمای 1300 ~ 1500 ℃ به مدت 30 تا 60 دقیقه متخلخل می شوند.برای قطعات سرامیکی که با هیدریدها پوشانده شده اند، باید تا حدود 900 درجه سانتیگراد حرارت داده شوند تا هیدریدها تجزیه شوند و با فلز خالص یا تیتانیوم (یا زیرکونیوم) باقی مانده روی سطح سرامیکی واکنش دهند تا پوشش فلزی روی سطح سرامیکی به دست آید.

برای لایه متالایزه شده Mo Mn، برای خیس شدن آن با لحیم کاری، یک لایه نیکل 1.4 ~ 5um باید آبکاری شود یا با لایه ای از پودر نیکل پوشانده شود.اگر دمای لحیم کاری کمتر از 1000 درجه سانتیگراد باشد، لایه نیکل باید در یک کوره هیدروژنی از قبل پخته شود.دما و زمان پخت 1000 ℃ / 15 ~ 20 دقیقه است.

سرامیک های فرآوری شده قطعات فلزی هستند که باید با قالب های فولادی ضد زنگ یا گرافیت و سرامیک به صورت یکپارچه مونتاژ شوند.لحیم کاری باید در محل اتصالات نصب شود و قطعه کار باید در طول عملیات تمیز نگه داشته شود و نباید با دست خالی لمس شود.

لحیم کاری باید در کوره آرگون، هیدروژن یا خلاء انجام شود.دمای لحیم کاری به فلز پرکننده لحیم کاری بستگی دارد.به منظور جلوگیری از ترک خوردن قطعات سرامیکی، سرعت خنک سازی نباید خیلی سریع باشد.علاوه بر این، لحیم کاری می تواند فشار خاصی را نیز اعمال کند (حدود 0.49 ~ 0.98mpa).

علاوه بر بازرسی کیفیت سطح، جوش های لحیم کاری شده نیز باید در معرض شوک حرارتی و بازرسی خواص مکانیکی قرار گیرند.قطعات آب بندی دستگاه های وکیوم نیز باید طبق مقررات مربوطه تحت آزمایش نشتی قرار گیرند.

(2) لحیم کاری مستقیم هنگام لحیم کاری مستقیم (روش فلز فعال)، ابتدا سطح جوش های 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 جزء، لایه بافر (یک یا چند لایه از ورق های فلزی) را می توان بین جوش ها چرخاند.فلز پرکننده لحیم کاری باید بین دو جوش بسته شود یا در محلی قرار گیرد که شکاف تا آنجا که ممکن است با فلز پرکننده لحیم کاری پر شده است و سپس لحیم کاری باید مانند لحیم کاری خلاء معمولی انجام شود.

اگر از لحیم کاری Ag Cu Ti برای لحیم کاری مستقیم استفاده شود، روش لحیم کاری خلاء باید اتخاذ شود.هنگامی که درجه خلاء در کوره به 2.7 × شروع به گرم کردن در 10-3pa کنید و دما در این زمان می تواند به سرعت افزایش یابد.هنگامی که دما به نقطه ذوب لحیم کاری نزدیک است، دما باید به آرامی افزایش یابد تا دمای تمام قسمت های جوش یکسان شود.هنگامی که لحیم کاری ذوب می شود، دما باید به سرعت به دمای لحیم کاری افزایش یابد و زمان نگهداری باید 3 تا 5 دقیقه باشد.در طول خنک شدن باید قبل از 700 ℃ به آرامی خنک شود و بعد از 700 ℃ می توان آن را به طور طبیعی با کوره خنک کرد.

هنگامی که لحیم کاری فعال Ti Cu مستقیماً لحیم کاری می شود، شکل لحیم کاری می تواند فویل مس به اضافه پودر Ti یا قطعات مس به اضافه فویل Ti باشد، یا سطح سرامیک را می توان با پودر Ti به اضافه فویل مس پوشانده شود.قبل از لحیم کاری، تمام قطعات فلزی باید با خلاء گاز زدایی شوند.دمای گاز زدایی مس بدون اکسیژن باید 750 ~ 800 ℃ باشد و Ti، Nb، Ta و غیره باید در دمای 900 ℃ به مدت 15 دقیقه گاز زدایی شوند.در این زمان، درجه خلاء نباید کمتر از 6.7 × 10-3Pa باشد. در حین لحیم کاری، اجزای جوش داده شده را در فیکسچر مونتاژ کنید، آنها را در کوره خلاء تا دمای 900 ~ 1120 ℃ گرم کنید و زمان نگهداری 2 ~ است. 5 دقیقه.در طول کل فرآیند لحیم کاری، 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 900 ± 10 ℃ است.

(3) روش لحیم کاری اکسید روش لحیم کاری اکسید روشی برای تحقق اتصال قابل اعتماد با استفاده از فاز شیشه ای است که از ذوب لحیم کاری اکسید برای نفوذ به سرامیک و خیس کردن سطح فلز تشکیل شده است.این می تواند سرامیک را با سرامیک و سرامیک را با فلزات متصل کند.فلزات پرکننده لحیم کاری اکسیدی عمدتاً از Al2O3، Cao، Bao و MgO تشکیل شده اند.با افزودن B2O3، Y2O3 و ta2o3 می توان فلزات پرکننده لحیم کاری با نقاط ذوب مختلف و ضرایب انبساط خطی را بدست آورد.علاوه بر این، از فلزات پرکننده لحیم کاری فلوراید با اجزای اصلی CaF2 و NaF نیز می توان برای اتصال سرامیک ها و فلزات برای به دست آوردن اتصالات با استحکام بالا و مقاومت حرارتی بالا استفاده کرد.