การประสานของเซรามิกส์และโลหะ

1. Brazeability

เป็นการยากที่จะประสานส่วนประกอบเซรามิกและเซรามิก เซรามิกและโลหะบัดกรีส่วนใหญ่ก่อตัวเป็นลูกกลมบนพื้นผิวเซรามิก โดยมีการเปียกเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยโลหะฟิลเลอร์ประสานที่สามารถทำให้เซรามิกเปียกนั้นง่ายต่อการสร้างสารประกอบเปราะ (เช่น คาร์ไบด์ ซิลิไซด์ และสารประกอบไตรภาคหรือหลายตัวแปร) ที่ส่วนต่อประสานระหว่างการประสานการมีอยู่ของสารประกอบเหล่านี้ส่งผลต่อคุณสมบัติทางกลของข้อต่อนอกจากนี้ เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนระหว่างเซรามิก โลหะ และโลหะบัดกรีมีความแตกต่างกันมาก จึงเกิดความเค้นตกค้างในข้อต่อหลังจากอุณหภูมิในการประสานเย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง ซึ่งอาจทำให้เกิดการแตกร้าวของข้อต่อ

ความสามารถในการเปียกของตัวประสานบนพื้นผิวเซรามิกสามารถปรับปรุงได้โดยการเพิ่มองค์ประกอบโลหะที่ใช้งานได้เข้ากับตัวประสานทั่วไปอุณหภูมิต่ำและประสานเวลาสั้น ๆ สามารถลดผลกระทบของปฏิกิริยาอินเทอร์เฟซความเครียดจากความร้อนของข้อต่อสามารถลดลงได้โดยการออกแบบรูปแบบข้อต่อที่เหมาะสมและใช้โลหะชั้นเดียวหรือหลายชั้นเป็นชั้นกลาง

2. ประสาน

เซรามิกและโลหะมักจะเชื่อมต่อในเตาสุญญากาศหรือเตาไฮโดรเจนและอาร์กอนนอกจากลักษณะทั่วไปแล้ว สารเติมแต่งประสานโลหะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สูญญากาศควรมีข้อกำหนดพิเศษบางประการด้วยตัวอย่างเช่น บัดกรีไม่ควรมีองค์ประกอบที่สร้างความดันไอสูง เพื่อไม่ให้เกิดการรั่วไหลของอิเล็กทริกและพิษของแคโทดของอุปกรณ์โดยทั่วไประบุว่าเมื่ออุปกรณ์ทำงาน ความดันไอของบัดกรีต้องไม่เกิน 10-3pa และสิ่งสกปรกที่มีความดันไอสูงต้องไม่เกิน 0.002% ~ 0.005%w (o) ของบัดกรีต้องไม่เกิน 0.001% เพื่อหลีกเลี่ยงไอน้ำที่เกิดขึ้นระหว่างการประสานในไฮโดรเจนซึ่งอาจทำให้โลหะบัดกรีหลอมเหลวกระเด็นนอกจากนี้ บัดกรีต้องสะอาดและปราศจากออกไซด์ของพื้นผิว

เมื่อประสานหลังจากการทำให้เป็นโลหะด้วยเซรามิก สามารถใช้ทองแดง ฐาน ทองแดงเงิน ทองแดงทอง และโลหะฟิลเลอร์ประสานโลหะผสมอื่น ๆ ได้

สำหรับการประสานโดยตรงของเซรามิกและโลหะ จะต้องเลือกโลหะฟิลเลอร์สำหรับการประสานที่มีองค์ประกอบออกฤทธิ์ Ti และ Zrโลหะฟิลเลอร์ไบนารีส่วนใหญ่เป็น Ti Cu และ Ti Ni ซึ่งสามารถใช้ได้ที่ 1100 ℃ในบรรดาบัดกรีสามส่วน Ag Cu Ti (W) (TI) เป็นบัดกรีที่ใช้บ่อยที่สุด ซึ่งสามารถใช้ในการประสานโดยตรงของเซรามิกและโลหะต่างๆโลหะฟิลเลอร์แบบไตรภาคสามารถใช้กับฟอยล์ ผง หรือโลหะเติมยูเทคติก Ag Cu กับผง Tiโลหะเติมประสาน B-ti49be2 มีความต้านทานการกัดกร่อนใกล้เคียงกับเหล็กกล้าไร้สนิมและความดันไอต่ำสามารถเลือกได้เป็นพิเศษในข้อต่อซีลสูญญากาศที่มีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและการรั่วซึมในการบัดกรี ti-v-cr อุณหภูมิหลอมเหลวจะต่ำที่สุด (1620 ℃) ​​เมื่อ w (V) เท่ากับ 30% และการเพิ่ม Cr สามารถลดช่วงอุณหภูมิหลอมเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพบัดกรี B-ti47.5ta5 ที่ไม่มี Cr ถูกใช้สำหรับการประสานโดยตรงของอลูมินาและแมกนีเซียมออกไซด์ และข้อต่อสามารถทำงานที่อุณหภูมิแวดล้อม 1,000 ℃ตารางที่ 14 แสดงแอกทีฟฟลักซ์สำหรับการเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างเซรามิกและโลหะ

ตารางที่ 14 สารเติมแต่งประสานแบบแอคทีฟสำหรับการประสานเซรามิกและโลหะ

2. เทคโนโลยีประสาน

เซรามิกส์ที่ผ่านการเคลือบโลหะล่วงหน้าสามารถเชื่อมประสานในก๊าซเฉื่อยที่มีความบริสุทธิ์สูง ไฮโดรเจน หรือสภาวะสุญญากาศการประสานด้วยสุญญากาศโดยทั่วไปจะใช้สำหรับการประสานโดยตรงของเซรามิกโดยไม่ทำให้เป็นโลหะ

(1) กระบวนการประสานสากล กระบวนการประสานสากลของเซรามิกและโลหะสามารถแบ่งออกเป็นเจ็ดกระบวนการ: การทำความสะอาดพื้นผิว, การเคลือบวาง, การเคลือบผิวโลหะด้วยเซรามิก, การชุบนิกเกิล, การประสานและการตรวจสอบหลังการเชื่อม

จุดประสงค์ของการทำความสะอาดพื้นผิวคือเพื่อขจัดคราบน้ำมัน คราบเหงื่อ และฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวของโลหะพื้นฐานชิ้นส่วนโลหะและการบัดกรีจะต้องถูกขจัดออกก่อน จากนั้นฟิล์มออกไซด์จะถูกลบออกโดยการล้างด้วยกรดหรือด่าง ล้างด้วยน้ำไหลและทำให้แห้งชิ้นส่วนที่มีความต้องการสูงจะต้องผ่านการอบชุบด้วยความร้อนในเตาสุญญากาศหรือเตาไฮโดรเจน (สามารถใช้วิธีการทิ้งระเบิดด้วยไอออน) ที่อุณหภูมิและเวลาที่เหมาะสมเพื่อทำให้พื้นผิวของชิ้นส่วนบริสุทธิ์ชิ้นส่วนที่ทำความสะอาดต้องไม่สัมผัสกับวัตถุที่มีไขมันหรือมือเปล่าพวกเขาจะถูกนำเข้าสู่กระบวนการถัดไปหรือในเครื่องอบผ้าทันทีจะต้องไม่สัมผัสกับอากาศเป็นเวลานานทำความสะอาดชิ้นส่วนเซรามิกด้วยอะซิโตนและอัลตราโซนิก ล้างด้วยน้ำไหล และสุดท้ายต้มสองครั้งด้วยน้ำปราศจากไอออนเป็นเวลา 15 นาทีในแต่ละครั้ง

การเคลือบแบบแปะเป็นกระบวนการที่สำคัญของการเคลือบโลหะด้วยเซรามิกในระหว่างการเคลือบ จะใช้กับพื้นผิวเซรามิกเพื่อเคลือบโลหะด้วยแปรงหรือเครื่องเคลือบแบบแปะความหนาของการเคลือบโดยทั่วไปคือ 30 ~ 60 มม.โดยทั่วไปแล้ว แป้งจะเตรียมจากผงโลหะบริสุทธิ์ (บางครั้งมีการเติมโลหะออกไซด์ที่เหมาะสม) ด้วยขนาดอนุภาคประมาณ 1 ~ 5um และกาวอินทรีย์

ชิ้นส่วนเซรามิกที่วางแล้วจะถูกส่งไปยังเตาไฮโดรเจนและเผาด้วยไฮโดรเจนเปียกหรือแอมโมเนียที่แตกร้าวที่ 1300 ~ 1500 ℃ เป็นเวลา 30 ~ 60 นาทีสำหรับชิ้นส่วนเซรามิกที่เคลือบด้วยไฮไดรด์ จะต้องให้ความร้อนประมาณ 900 ℃ เพื่อย่อยสลายไฮไดรด์และทำปฏิกิริยากับโลหะบริสุทธิ์หรือไททาเนียม (หรือเซอร์โคเนียม) ที่เหลืออยู่บนพื้นผิวเซรามิกเพื่อให้ได้การเคลือบโลหะบนพื้นผิวเซรามิก

สำหรับชั้นเคลือบโลหะ Mo Mn เพื่อให้เปียกด้วยตัวประสาน ชั้นนิกเกิล 1.4 ~ 5um จะต้องชุบด้วยไฟฟ้าหรือเคลือบด้วยชั้นของผงนิกเกิลหากอุณหภูมิในการประสานต่ำกว่า 1,000 ℃ ชั้นนิกเกิลจะต้องทำการเผาผนึกล่วงหน้าในเตาหลอมไฮโดรเจนอุณหภูมิและเวลาการเผาผนึกคือ 1,000 ℃ /15 ~ 20 นาที

เซรามิกที่ผ่านการบำบัดแล้วเป็นชิ้นส่วนโลหะ ซึ่งจะต้องประกอบเป็นชิ้นทั้งหมดด้วยสแตนเลสหรือกราไฟต์และแม่พิมพ์เซรามิกต้องติดตั้งบัดกรีที่ข้อต่อ และชิ้นงานต้องสะอาดตลอดการทำงาน และห้ามสัมผัสด้วยมือเปล่า

การประสานจะต้องดำเนินการในเตาอาร์กอน ไฮโดรเจน หรือเตาสุญญากาศอุณหภูมิในการประสานขึ้นอยู่กับโลหะเติมประสานเพื่อป้องกันการแตกร้าวของชิ้นส่วนเซรามิก อัตราการทำความเย็นจะต้องไม่เร็วเกินไปนอกจากนี้ การประสานยังสามารถใช้แรงกดบางอย่าง (ประมาณ 0.49 ~ 0.98mpa)

นอกจากการตรวจสอบคุณภาพพื้นผิวแล้ว การเชื่อมแบบประสานจะต้องอยู่ภายใต้การช็อกจากความร้อนและการตรวจสอบคุณสมบัติทางกลด้วยชิ้นส่วนซีลสำหรับอุปกรณ์สูญญากาศต้องผ่านการทดสอบการรั่วซึมตามระเบียบที่เกี่ยวข้อง

(2) ประสานโดยตรงเมื่อประสานโดยตรง (วิธีโลหะที่ใช้งาน) ขั้นแรกให้ทำความสะอาดพื้นผิวของรอยเชื่อมเซรามิกและโลหะแล้วประกอบเข้าด้วยกันเพื่อหลีกเลี่ยงรอยแตกที่เกิดจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกันของวัสดุส่วนประกอบ สามารถหมุนชั้นบัฟเฟอร์ (แผ่นโลหะหนึ่งชั้นขึ้นไป) ระหว่างรอยเชื่อมได้โลหะฟิลเลอร์ประสานจะต้องจับยึดระหว่างรอยเชื่อมสองจุดหรือวางไว้ที่ตำแหน่งที่เติมช่องว่างด้วยโลหะเติมประสานให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ จากนั้นประสานจะดำเนินการเหมือนประสานสุญญากาศทั่วไป

หากใช้หัวแร้ง Ag Cu Ti สำหรับการประสานโดยตรง จะต้องใช้วิธีประสานสุญญากาศเมื่อระดับสุญญากาศในเตาเผาถึง 2.7 × เริ่มให้ความร้อนที่ 10-3pa และอุณหภูมิจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็วในเวลานี้เมื่ออุณหภูมิใกล้กับจุดหลอมเหลวของบัดกรี ควรเพิ่มอุณหภูมิอย่างช้าๆ เพื่อให้อุณหภูมิของทุกส่วนของการเชื่อมมีแนวโน้มเท่ากันเมื่อบัดกรีหลอมเหลว อุณหภูมิจะต้องเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนถึงอุณหภูมิประสาน และระยะเวลาในการจับต้องอยู่ที่ 3 ~ 5 นาทีในระหว่างการทำความเย็น จะต้องทำให้เย็นลงอย่างช้าๆ ก่อน 700 ℃ และสามารถระบายความร้อนตามธรรมชาติด้วยเตาเผาหลังจาก 700 ℃

เมื่อบัดกรีที่ใช้งาน Ti Cu ถูกประสานโดยตรง รูปแบบของบัดกรีสามารถเป็นฟอยล์ Cu บวกผง Ti หรือชิ้นส่วน Cu บวก Ti ฟอยล์ หรือพื้นผิวเซรามิกสามารถเคลือบด้วยผง Ti และฟอยล์ Cuก่อนการประสาน ชิ้นส่วนโลหะทั้งหมดจะต้องกำจัดแก๊สด้วยสุญญากาศอุณหภูมิ degassing ของทองแดงที่ปราศจากออกซิเจนจะต้องอยู่ที่ 750 ~ 800 ℃ และ Ti, Nb, Ta ฯลฯ จะต้องถูก degassed ที่ 900 ℃ เป็นเวลา 15 นาทีในขณะนี้ ระดับสุญญากาศต้องไม่น้อยกว่า 6.7 × 10-3Pa。 ในระหว่างการประสาน ประกอบส่วนประกอบที่จะเชื่อมในฟิกซ์เจอร์ ให้ความร้อนในเตาสุญญากาศถึง 900 ~ 1120 ℃ และเวลาถือคือ 2 ~ 5 นาทีระหว่างกระบวนการประสานทั้งหมด ระดับสุญญากาศต้องไม่น้อยกว่า 6.7 × 10-3Pa。

กระบวนการประสานของวิธี Ti Ni นั้นคล้ายกับวิธี Ti Cu และอุณหภูมิในการประสานคือ 900 ± 10 ℃

(3) วิธีการประสานด้วยออกไซด์ วิธีการประสานด้วยออกไซด์เป็นวิธีการเพื่อให้เกิดการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้โดยใช้เฟสแก้วที่เกิดจากการหลอมของบัดกรีออกไซด์เพื่อแทรกซึมเข้าไปในเซรามิกและทำให้พื้นผิวโลหะเปียกมันสามารถเชื่อมต่อเซรามิกส์กับเซรามิกส์และเซรามิกส์กับโลหะโลหะเติมประสานออกไซด์ส่วนใหญ่ประกอบด้วย Al2O3, Cao, Bao และ MgOการเพิ่ม B2O3, Y2O3 และ ta2o3 ทำให้สามารถหาโลหะฟิลเลอร์ประสานที่มีจุดหลอมเหลวต่างๆ และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นได้นอกจากนี้ สามารถใช้โลหะฟิลเลอร์ประสานฟลูออไรด์ที่มี CaF2 และ NaF เป็นส่วนประกอบหลักในการเชื่อมต่อเซรามิกและโลหะเพื่อให้ได้ข้อต่อที่มีความแข็งแรงสูงและทนความร้อนสูง