Soldadura fuerte de cerámica y metales

1. Soldabilidad

Es difícil soldar componentes cerámicos y cerámicos, cerámicos y metálicos.La mayor parte de la soldadura forma una bola en la superficie de cerámica, con poca o ninguna humectación.El metal de aporte de soldadura fuerte que puede humedecer la cerámica es fácil de formar una variedad de compuestos frágiles (como carburos, siliciuros y compuestos ternarios o multivariados) en la interfaz de unión durante la soldadura fuerte.La existencia de estos compuestos afecta a las propiedades mecánicas de la junta.Además, debido a la gran diferencia de los coeficientes de expansión térmica entre la cerámica, el metal y la soldadura, habrá tensión residual en la unión después de que la temperatura de soldadura fuerte se enfríe a temperatura ambiente, lo que puede causar grietas en la unión.

La humectabilidad de la soldadura sobre la superficie cerámica se puede mejorar agregando elementos metálicos activos a la soldadura común;La soldadura fuerte a baja temperatura y de breve duración puede reducir el efecto de la reacción de interfaz;La tensión térmica de la junta se puede reducir diseñando una forma de junta adecuada y utilizando un metal de una o varias capas como capa intermedia.

2. Soldadura

La cerámica y el metal generalmente se conectan en un horno de vacío o en un horno de hidrógeno y argón.Además de las características generales, los metales de aporte para soldadura fuerte para dispositivos electrónicos de vacío también deben tener algunos requisitos especiales.Por ejemplo, la soldadura no debe contener elementos que produzcan alta presión de vapor, para no causar fugas dieléctricas y envenenamiento del cátodo de los dispositivos.En general, se especifica que cuando el dispositivo está funcionando, la presión de vapor de la soldadura no debe exceder los 10-3 pa, y las impurezas de alta presión de vapor contenidas no deben exceder el 0,002% ~ 0,005%;El w (o) de la soldadura no debe exceder el 0,001 %, para evitar el vapor de agua generado durante la soldadura fuerte en hidrógeno, que puede provocar salpicaduras de metal de soldadura fundido;Además, la soldadura debe estar limpia y libre de óxidos superficiales.

Cuando se suelda después de la metalización de cerámica, se puede usar cobre, base, cobre plateado, cobre dorado y otros metales de aporte de soldadura fuerte de aleación.

Para la soldadura fuerte directa de cerámica y metales, se seleccionarán metales de aporte de soldadura fuerte que contengan elementos activos Ti y Zr.Los metales de aporte binarios son principalmente Ti Cu y Ti Ni, que se pueden usar a 1100 ℃.Entre las soldaduras ternarias, Ag Cu Ti (W) (TI) es la soldadura más utilizada, que se puede utilizar para la soldadura fuerte directa de varios cerámicos y metales.El metal de aporte ternario se puede utilizar con hoja, polvo o metal de aporte eutéctico Ag Cu con polvo de Ti.El metal de aporte para soldadura fuerte B-ti49be2 tiene una resistencia a la corrosión similar al acero inoxidable y una baja presión de vapor.Se puede seleccionar preferentemente en las juntas de sellado al vacío con resistencia a la oxidación y fugas.En la soldadura ti-v-cr, la temperatura de fusión es la más baja (1620 ℃) ​​cuando w (V) es 30%, y la adición de Cr puede reducir efectivamente el rango de temperatura de fusión.La soldadura B-ti47.5ta5 sin Cr se ha utilizado para la soldadura fuerte directa de alúmina y óxido de magnesio, y su unión puede funcionar a una temperatura ambiente de 1000 ℃.La Tabla 14 muestra el flujo activo para la conexión directa entre cerámica y metal.

Tabla 14 metales de aporte de soldadura fuerte activa para soldadura fuerte de cerámica y metal

2. Tecnología de soldadura fuerte

Las cerámicas premetalizadas se pueden soldar en un entorno de gas inerte de alta pureza, hidrógeno o vacío.La soldadura fuerte al vacío se usa generalmente para la soldadura fuerte directa de cerámica sin metalización.

(1) Proceso de soldadura fuerte universal El proceso de soldadura fuerte universal de cerámica y metal se puede dividir en siete procesos: limpieza de superficies, revestimiento de pasta, metalización de superficies cerámicas, niquelado, soldadura fuerte e inspección posterior a la soldadura.

El propósito de la limpieza de superficies es eliminar las manchas de aceite, las manchas de sudor y la película de óxido en la superficie del metal base.Primero se desengrasan las piezas metálicas y la soldadura, luego se elimina la película de óxido mediante lavado con ácido o álcali, se lava con agua corriente y se seca.Las piezas con requisitos elevados se tratarán térmicamente en un horno de vacío o en un horno de hidrógeno (también se puede utilizar el método de bombardeo iónico) a la temperatura y el tiempo adecuados para purificar la superficie de las piezas.Las piezas limpias no deben entrar en contacto con objetos grasientos ni con las manos desnudas.Serán puestos inmediatamente en el siguiente proceso o en la secadora.No estarán expuestos al aire durante mucho tiempo.Las piezas de cerámica se limpiarán con acetona y ultrasonidos, se lavarán con agua corriente y finalmente se hervirán dos veces con agua desionizada durante 15 minutos cada vez.

El recubrimiento de pasta es un proceso importante de metalización cerámica.Durante el recubrimiento, se aplica a la superficie cerámica a metalizar con una máquina de recubrimiento con cepillo o pasta.El espesor del recubrimiento es generalmente de 30 ~ 60 mm.La pasta generalmente se prepara a partir de polvo de metal puro (a veces se agrega óxido de metal apropiado) con un tamaño de partícula de aproximadamente 1 ~ 5um y adhesivo orgánico.

Las piezas de cerámica pegadas se envían a un horno de hidrógeno y se sinterizan con hidrógeno húmedo o amoníaco craqueado a 1300 ~ 1500 ℃ durante 30 ~ 60 min.Las piezas de cerámica recubiertas con hidruros deben calentarse a aproximadamente 900 ℃ para descomponer los hidruros y reaccionar con el metal puro o el titanio (o circonio) que queda en la superficie de cerámica para obtener un recubrimiento metálico en la superficie de cerámica.

Para la capa metalizada de Mo Mn, para humedecerla con la soldadura, se debe galvanizar o recubrir una capa de níquel de 1,4 ~ 5um con una capa de polvo de níquel.Si la temperatura de soldadura fuerte es inferior a 1000 ℃, la capa de níquel debe sinterizarse previamente en un horno de hidrógeno.La temperatura y el tiempo de sinterización son 1000 ℃ /15 ~ 20min.

Las cerámicas tratadas son piezas metálicas, que se ensamblarán en un todo con moldes de acero inoxidable o grafito y cerámica.Se instalará soldadura en las uniones y la pieza de trabajo se mantendrá limpia durante toda la operación y no se tocará con las manos desnudas.

La soldadura fuerte se realizará en un horno de argón, hidrógeno o vacío.La temperatura de soldadura fuerte depende del metal de aporte de soldadura fuerte.Para evitar el agrietamiento de las piezas de cerámica, la velocidad de enfriamiento no debe ser demasiado rápida.Además, la soldadura fuerte también puede aplicar cierta presión (alrededor de 0,49 ~ 0,98 mpa).

Además de la inspección de la calidad de la superficie, las soldaduras soldadas también estarán sujetas a la inspección de propiedades mecánicas y de choque térmico.Las piezas de sellado de los dispositivos de vacío también deben someterse a una prueba de fugas de acuerdo con las reglamentaciones pertinentes.

(2) Soldadura directa cuando suelde directamente (método de metal activo), primero limpie la superficie de las soldaduras de cerámica y metal y luego ensámblelas.Para evitar grietas causadas por diferentes coeficientes de expansión térmica de los materiales de los componentes, la capa intermedia (una o más capas de láminas de metal) se puede rotar entre las soldaduras.El metal de aporte para soldadura fuerte se sujetará entre dos soldaduras o se colocará en la posición en la que el espacio se llene con metal de aporte para soldadura fuerte en la medida de lo posible, y luego la soldadura fuerte se llevará a cabo como la soldadura fuerte al vacío normal.

Si se utiliza soldadura Ag Cu Ti para la soldadura fuerte directa, se adoptará el método de soldadura fuerte al vacío.Cuando el grado de vacío en el horno alcance 2,7 × Comience a calentar a 10-3 pa, y la temperatura puede aumentar rápidamente en este momento;Cuando la temperatura está cerca del punto de fusión de la soldadura, la temperatura debe elevarse lentamente para que la temperatura de todas las partes de la soldadura tienda a ser la misma;Cuando la soldadura se derrita, la temperatura se elevará rápidamente a la temperatura de soldadura fuerte y el tiempo de retención será de 3 a 5 minutos;Durante el enfriamiento, debe enfriarse lentamente antes de 700 ℃ y puede enfriarse naturalmente con el horno después de 700 ℃.

Cuando la soldadura activa de Ti Cu se suelda directamente, la forma de soldadura puede ser lámina de Cu más polvo de Ti o partes de Cu más lámina de Ti, o la superficie de cerámica se puede recubrir con polvo de Ti más lámina de Cu.Antes de soldar, todas las partes metálicas deben desgasificarse al vacío.La temperatura de desgasificación del cobre libre de oxígeno será de 750 ~ 800 ℃, y el Ti, Nb, Ta, etc. se desgasificarán a 900 ℃ durante 15 minutos.En este momento, el grado de vacío no debe ser inferior a 6,7 ​​× 10-3Pa. Durante la soldadura fuerte, ensamble los componentes que se van a soldar en el accesorio, caliéntelos en el horno de vacío a 900 ~ 1120 ℃ y el tiempo de retención es de 2 ~ 5 minutos.Durante todo el proceso de soldadura fuerte, el grado de vacío no debe ser inferior a 6,7 ​​× 10-3Pa。

El proceso de soldadura fuerte del método Ti Ni es similar al del método Ti Cu, y la temperatura de soldadura fuerte es de 900 ± 10 ℃.

(3) Método de soldadura fuerte de óxido El método de soldadura fuerte de óxido es un método para realizar una conexión confiable mediante el uso de la fase de vidrio formada por la fusión de la soldadura de óxido para infiltrarse en la cerámica y humedecer la superficie metálica.Puede conectar cerámica con cerámica y cerámica con metales.Los metales de aporte para soldadura fuerte de óxido están compuestos principalmente de Al2O3, Cao, Bao y MgO.Al agregar B2O3, Y2O3 y ta2o3, se pueden obtener metales de aporte para soldadura fuerte con varios puntos de fusión y coeficientes de expansión lineal.Además, los metales de aporte de soldadura fuerte con fluoruro con CaF2 y NaF como componentes principales también se pueden usar para conectar cerámicas y metales para obtener uniones con alta resistencia y alta resistencia al calor.