Συγκόλληση κεραμικών και μετάλλων

1. Συγκολλησιμότητα

Είναι δύσκολο να συγκολληθούν κεραμικά και κεραμικά, κεραμικά και μεταλλικά εξαρτήματα.Το μεγαλύτερο μέρος της συγκόλλησης σχηματίζει μια μπάλα στην κεραμική επιφάνεια, με μικρή ή καθόλου διαβροχή.Το πληρωτικό μέταλλο συγκόλλησης που μπορεί να διαβρέξει κεραμικά είναι εύκολο να σχηματίσει μια ποικιλία εύθραυστων ενώσεων (όπως καρβίδια, πυριτικά και τριμερείς ή πολυμεταβλητές ενώσεις) στη διεπιφάνεια της άρθρωσης κατά τη συγκόλληση.Η ύπαρξη αυτών των ενώσεων επηρεάζει τις μηχανικές ιδιότητες της άρθρωσης.Επιπλέον, λόγω της μεγάλης διαφοράς των συντελεστών θερμικής διαστολής μεταξύ κεραμικών, μετάλλων και συγκόλλησης, θα υπάρξει υπολειπόμενη τάση στον σύνδεσμο μετά την ψύξη της θερμοκρασίας συγκόλλησης σε θερμοκρασία δωματίου, η οποία μπορεί να προκαλέσει ρωγμές αρμού.

Η διαβρεξιμότητα της κόλλησης στην κεραμική επιφάνεια μπορεί να βελτιωθεί με την προσθήκη ενεργών μεταλλικών στοιχείων στην κοινή συγκόλληση.Η χαμηλή θερμοκρασία και η βραχεία συγκόλληση μπορούν να μειώσουν την επίδραση της αντίδρασης διεπαφής.Η θερμική καταπόνηση της άρθρωσης μπορεί να μειωθεί σχεδιάζοντας μια κατάλληλη μορφή αρμού και χρησιμοποιώντας ένα μονό ή πολυστρωματικό μέταλλο ως ενδιάμεσο στρώμα.

2. Συγκόλληση

Το κεραμικό και το μέταλλο συνδέονται συνήθως σε κλίβανο κενού ή σε κλίβανο υδρογόνου και αργού.Εκτός από τα γενικά χαρακτηριστικά, τα μέταλλα πλήρωσης συγκόλλησης για ηλεκτρονικές συσκευές κενού θα πρέπει επίσης να έχουν ορισμένες ειδικές απαιτήσεις.Για παράδειγμα, η συγκόλληση δεν πρέπει να περιέχει στοιχεία που παράγουν υψηλή πίεση ατμών, ώστε να μην προκαλείται διαρροή διηλεκτρικού και δηλητηρίαση από καθόδους των συσκευών.Γενικά διευκρινίζεται ότι όταν η συσκευή λειτουργεί, η τάση ατμών της συγκόλλησης δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 10-3pa και οι ακαθαρσίες υψηλής πίεσης ατμών που περιέχονται δεν πρέπει να υπερβαίνουν το 0,002% ~ 0,005%.Το w (o) της συγκόλλησης δεν πρέπει να υπερβαίνει το 0,001%, έτσι ώστε να αποφεύγεται η δημιουργία υδρατμών κατά τη συγκόλληση σε υδρογόνο, που μπορεί να προκαλέσει πιτσίλισμα λιωμένου μετάλλου συγκόλλησης.Επιπλέον, η συγκόλληση πρέπει να είναι καθαρή και απαλλαγμένη από επιφανειακά οξείδια.

Κατά τη συγκόλληση μετά από κεραμική επιμετάλλωση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί χαλκός, βάση, ασήμι χαλκός, χρυσός χαλκός και άλλα μέταλλα πλήρωσης συγκόλλησης κραμάτων.

Για την άμεση συγκόλληση κεραμικών και μετάλλων, επιλέγονται μέταλλα πλήρωσης συγκόλλησης που περιέχουν ενεργά στοιχεία Ti και Zr.Τα δυαδικά μέταλλα πλήρωσης είναι κυρίως Ti Cu και Ti Ni, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν στους 1100 ℃.Μεταξύ των τριμερών συγκολλήσεων, το Ag Cu Ti (W) (TI) είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη συγκόλληση, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για άμεση συγκόλληση διαφόρων κεραμικών και μετάλλων.Το τριμερές μέταλλο πλήρωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί με αλουμινόχαρτο, σκόνη ή ευτηκτικό μέταλλο πλήρωσης Ag Cu με σκόνη Ti.Το μέταλλο πλήρωσης συγκόλλησης B-ti49be2 έχει παρόμοια αντοχή στη διάβρωση με τον ανοξείδωτο χάλυβα και χαμηλή πίεση ατμών.Μπορεί να επιλεγεί κατά προτίμηση στους αρμούς στεγανοποίησης κενού με αντοχή στην οξείδωση και τη διαρροή.Στη συγκόλληση ti-v-cr, η θερμοκρασία τήξης είναι η χαμηλότερη (1620 ℃) ​​όταν το w (V) είναι 30%, και η προσθήκη Cr μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά το εύρος θερμοκρασίας τήξης.Η συγκόλληση B-ti47.5ta5 χωρίς Cr έχει χρησιμοποιηθεί για άμεση συγκόλληση αλουμίνας και οξειδίου του μαγνησίου και η άρθρωση της μπορεί να λειτουργήσει σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 1000 ℃.Ο Πίνακας 14 δείχνει την ενεργή ροή για απευθείας σύνδεση μεταξύ κεραμικού και μετάλλου.

Πίνακας 14 Μέταλλα πλήρωσης ενεργού συγκόλλησης για συγκόλληση κεραμικών και μετάλλων

2. Τεχνολογία συγκόλλησης

Τα προμεταλλωμένα κεραμικά μπορούν να συγκολληθούν σε περιβάλλον υψηλής καθαρότητας αδρανούς αερίου, υδρογόνου ή κενού.Η συγκόλληση κενού χρησιμοποιείται γενικά για την άμεση συγκόλληση κεραμικών χωρίς επιμετάλλωση.

(1) Καθολική διαδικασία χαλκοσυγκόλλησης Η καθολική διαδικασία συγκόλλησης κεραμικών και μετάλλων μπορεί να χωριστεί σε επτά διαδικασίες: καθαρισμός επιφανειών, επίστρωση πάστας, επιμετάλλωση κεραμικής επιφάνειας, επινικελίωση, συγκόλληση και επιθεώρηση μετά τη συγκόλληση.

Ο σκοπός του καθαρισμού της επιφάνειας είναι να αφαιρέσει λεκέ από λάδι, λεκέ από ιδρώτα και μεμβράνη οξειδίου στην επιφάνεια του βασικού μετάλλου.Τα μεταλλικά μέρη και η συγκόλληση θα απολιπανθούν πρώτα, στη συνέχεια η μεμβράνη οξειδίου θα αφαιρεθεί με όξινη ή αλκαλική πλύση, θα πλυθεί με τρεχούμενο νερό και θα στεγνώσει.Τα μέρη με υψηλές απαιτήσεις θα υποβάλλονται σε θερμική επεξεργασία σε κλίβανο κενού ή κλίβανο υδρογόνου (μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί μέθοδος βομβαρδισμού ιόντων) σε κατάλληλη θερμοκρασία και χρόνο για τον καθαρισμό της επιφάνειας των εξαρτημάτων.Τα καθαρισμένα μέρη δεν πρέπει να έρχονται σε επαφή με λιπαρά αντικείμενα ή γυμνά χέρια.Θα μπουν αμέσως στην επόμενη διαδικασία ή στο στεγνωτήριο.Δεν πρέπει να εκτίθενται στον αέρα για μεγάλο χρονικό διάστημα.Τα κεραμικά μέρη πρέπει να καθαρίζονται με ασετόν και υπερήχους, να πλένονται με τρεχούμενο νερό και τελικά να βράζονται δύο φορές με απιονισμένο νερό για 15 λεπτά κάθε φορά

Η επίστρωση με πάστα είναι μια σημαντική διαδικασία κεραμικής επιμετάλλωσης.Κατά την επίστρωση, εφαρμόζεται στην κεραμική επιφάνεια που πρόκειται να επιμεταλλωθεί με πινέλο ή μηχανή επικάλυψης πάστας.Το πάχος της επίστρωσης είναι γενικά 30 ~ 60 mm.Η πάστα παρασκευάζεται γενικά από σκόνη καθαρού μετάλλου (μερικές φορές προστίθεται κατάλληλο οξείδιο μετάλλου) με μέγεθος σωματιδίων περίπου 1 ~ 5 um και οργανική κόλλα.

Τα επικολλημένα κεραμικά μέρη αποστέλλονται σε κλίβανο υδρογόνου και πυροσυσσωματώνονται με υγρό υδρογόνο ή σπασμένη αμμωνία στους 1300 ~ 1500 ℃ για 30 ~ 60 λεπτά.Για τα κεραμικά μέρη επικαλυμμένα με υδρίδια, θα θερμανθούν στους 900 ℃ περίπου για να αποσυντεθούν τα υδρίδια και να αντιδράσουν με καθαρό μέταλλο ή τιτάνιο (ή ζιρκόνιο) που παραμένει στην κεραμική επιφάνεια για να ληφθεί μια μεταλλική επικάλυψη στην κεραμική επιφάνεια.

Για το επιμεταλλωμένο στρώμα Mo Mn, για να γίνει υγρό με τη συγκόλληση, ένα στρώμα νικελίου 1,4 ~ 5um πρέπει να επιμεταλλωθεί ή να επικαλυφθεί με ένα στρώμα σκόνης νικελίου.Εάν η θερμοκρασία συγκόλλησης είναι χαμηλότερη από 1000 ℃, το στρώμα νικελίου πρέπει να προσυντηχθεί σε κλίβανο υδρογόνου.Η θερμοκρασία και ο χρόνος πυροσυσσωμάτωσης είναι 1000 ℃ / 15 ~ 20 λεπτά.

Τα επεξεργασμένα κεραμικά είναι μεταλλικά μέρη, τα οποία θα συναρμολογούνται σε ένα σύνολο με ανοξείδωτο χάλυβα ή γραφίτη και κεραμικά καλούπια.Η συγκόλληση πρέπει να εγκατασταθεί στις αρθρώσεις και το τεμάχιο εργασίας να διατηρείται καθαρό καθ' όλη τη διάρκεια της λειτουργίας και να μην αγγίζεται με γυμνά χέρια.

Η συγκόλληση θα πραγματοποιείται σε φούρνο αργού, υδρογόνου ή κενού.Η θερμοκρασία συγκόλλησης εξαρτάται από το μέταλλο πλήρωσης συγκόλλησης.Προκειμένου να αποφευχθεί το ράγισμα των κεραμικών μερών, ο ρυθμός ψύξης δεν πρέπει να είναι πολύ γρήγορος.Επιπλέον, η συγκόλληση μπορεί επίσης να ασκήσει μια ορισμένη πίεση (περίπου 0,49 ~ 0,98 mpa).

Εκτός από την επιθεώρηση ποιότητας της επιφάνειας, οι συγκολλήσεις θα υπόκεινται επίσης σε θερμικό σοκ και επιθεώρηση μηχανικών ιδιοτήτων.Τα εξαρτήματα στεγανοποίησης για συσκευές κενού πρέπει επίσης να υπόκεινται σε δοκιμή διαρροής σύμφωνα με τους σχετικούς κανονισμούς.

(2) Απευθείας συγκόλληση κατά την απευθείας συγκόλληση (μέθοδος ενεργού μετάλλου), καθαρίστε πρώτα την επιφάνεια των κεραμικών και μεταλλικών συγκολλήσεων και στη συνέχεια συναρμολογήστε τα.Προκειμένου να αποφευχθούν οι ρωγμές που προκαλούνται από διαφορετικούς συντελεστές θερμικής διαστολής των συστατικών υλικών, η ρυθμιστική στρώση (ένα ή περισσότερα στρώματα μεταλλικών φύλλων) μπορεί να περιστραφεί μεταξύ των συγκολλήσεων.Το πληρωτικό μέταλλο συγκόλλησης πρέπει να συσφίγγεται μεταξύ δύο συγκολλήσεων ή να τοποθετείται στη θέση όπου το διάκενο είναι γεμάτο με μέταλλο πλήρωσης συγκόλλησης όσο το δυνατόν περισσότερο, και στη συνέχεια η συγκόλληση θα εκτελείται όπως η συνηθισμένη συγκόλληση κενού.

Εάν χρησιμοποιείται συγκόλληση Ag Cu Ti για άμεση συγκόλληση, θα υιοθετηθεί η μέθοδος συγκόλλησης υπό κενό.Όταν ο βαθμός κενού στον κλίβανο φτάσει τα 2,7 × Ξεκινήστε τη θέρμανση στα 10-3pa και η θερμοκρασία μπορεί να αυξηθεί γρήγορα αυτή τη στιγμή.Όταν η θερμοκρασία είναι κοντά στο σημείο τήξης της συγκόλλησης, η θερμοκρασία θα πρέπει να αυξάνεται αργά για να τείνει η θερμοκρασία όλων των τμημάτων της συγκόλλησης να είναι η ίδια.Όταν η συγκόλληση λιώσει, η θερμοκρασία θα αυξηθεί γρήγορα στη θερμοκρασία συγκόλλησης και ο χρόνος συγκράτησης θα είναι 3 ~ 5 λεπτά.Κατά τη διάρκεια της ψύξης, πρέπει να ψύχεται αργά πριν από τους 700 ℃ και μπορεί να ψυχθεί φυσικά με τον κλίβανο μετά από 700 ℃.

Όταν η ενεργή συγκόλληση Ti Cu συγκολλάται απευθείας, η μορφή της συγκόλλησης μπορεί να είναι φύλλο Cu συν σκόνη Ti ή μέρη Cu συν φύλλο Ti, ή η κεραμική επιφάνεια μπορεί να επικαλυφθεί με σκόνη Ti και φύλλο Cu.Πριν από τη συγκόλληση, όλα τα μεταλλικά μέρη πρέπει να απαερώνονται με κενό.Η θερμοκρασία απαέρωσης του χαλκού χωρίς οξυγόνο θα είναι 750 ~ 800 ℃, και τα Ti, Nb, Ta, κ.λπ. θα απαερωθούν στους 900 ℃ για 15 λεπτά.Αυτή τη στιγμή, ο βαθμός κενού δεν πρέπει να είναι μικρότερος από 6,7 × 10-3Pa. Κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης, συναρμολογήστε τα εξαρτήματα που πρόκειται να συγκολληθούν στο εξάρτημα, θερμάντε τα στον κλίβανο κενού στους 900 ~ 1120 ℃ και ο χρόνος διατήρησης είναι 2 ~ 5 λεπτά.Κατά τη διάρκεια ολόκληρης της διαδικασίας συγκόλλησης, ο βαθμός κενού δεν πρέπει να είναι μικρότερος από 6,7 × 10-3Pa.

Η διαδικασία συγκόλλησης της μεθόδου Ti Ni είναι παρόμοια με αυτή της μεθόδου Ti Cu και η θερμοκρασία συγκόλλησης είναι 900 ± 10 ℃.

(3) Μέθοδος συγκόλλησης οξειδίου Η μέθοδος συγκόλλησης οξειδίου είναι μια μέθοδος για την πραγματοποίηση αξιόπιστης σύνδεσης χρησιμοποιώντας τη γυάλινη φάση που σχηματίζεται από την τήξη της συγκόλλησης οξειδίου για να διεισδύσει στα κεραμικά και να διαβρέξει τη μεταλλική επιφάνεια.Μπορεί να συνδέσει κεραμικά με κεραμικά και κεραμικά με μέταλλα.Τα μέταλλα πλήρωσης συγκόλλησης οξειδίου αποτελούνται κυρίως από Al2O3, Cao, Bao και MgO.Με την προσθήκη B2O3, Y2O3 και ta2o3, μπορεί να ληφθεί η συγκόλληση μετάλλων πλήρωσης με διάφορα σημεία τήξης και γραμμικούς συντελεστές διαστολής.Επιπρόσθετα, μέταλλα πλήρωσης συγκόλλησης με φθόριο με CaF2 και NaF ως κύρια συστατικά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη σύνδεση κεραμικών και μετάλλων για τη λήψη αρμών με υψηλή αντοχή και υψηλή αντοχή στη θερμότητα.