1. Пайнасць
Паяць керамічныя і керамічныя, а таксама керамічныя і металічныя кампаненты складана. Большая частка прыпою ўтварае шарык на паверхні керамікі, практычна не змочваючы яго. Прыпой, які можа змочваць кераміку, падчас паяння лёгка ўтварае розныя далікатныя злучэнні (напрыклад, карбіды, сіліцыды і трайныя або шматмерныя злучэнні) на мяжы злучэння. Існаванне гэтых злучэнняў уплывае на механічныя ўласцівасці злучэння. Акрамя таго, з-за вялікай розніцы ў каэфіцыентах цеплавога пашырэння паміж керамікай, металам і прыпоем, пасля астуджэння тэмпературы паяння да пакаёвай тэмпературы ў злучэнні будуць заставацца рэшткавыя напружанні, што можа прывесці да расколін у злучэнні.
Змочвальнасць прыпоя на керамічнай паверхні можна палепшыць, дадаўшы актыўныя металічныя элементы да звычайнага прыпоя; нізкая тэмпература і кароткі час пайкі могуць паменшыць уплыў рэакцыі на мяжы падзелу фаз; цеплавое напружанне злучэння можна паменшыць, распрацаваўшы адпаведную форму злучэння і выкарыстоўваючы адна- або шматслаёвы метал у якасці прамежкавага пласта.
2. Прыпой
Кераміка і метал звычайна злучаюцца ў вакуумнай печы або печы для паяння вадароду і аргону. Акрамя агульных характарыстык, прысадачныя металы для паяння вакуумных электронных прылад павінны таксама адпавядаць некаторым спецыяльным патрабаванням. Напрыклад, прыпой не павінен утрымліваць элементы, якія ўтвараюць высокі ціск пары, каб не выклікаць дыэлектрычную ўцечку і атручванне катода прылад. Звычайна ўказваецца, што падчас працы прылады ціск пары прыпоя не павінен перавышаць 10-3 Па, а колькасць прымешак з высокім ціскам пары не павінна перавышаць 0,002% ~ 0,005%. Вага прыпоя (w(o)) не павінна перавышаць 0,001%, каб пазбегнуць утварэння вадзяной пары падчас паяння ў вадародзе, што можа прывесці да разбрызгвання расплаўленага металу прыпоя. Акрамя таго, прыпой павінен быць чыстым і без паверхневых аксідаў.
Пры пайцы пасля керамічнай металізацыі можна выкарыстоўваць медзь, асноўную, срэбную медзь, залатую медзь і іншыя легіраваныя прыпоі.
Для непасрэднай паяння керамікі і металаў варта выбіраць прыпоі, якія змяшчаюць актыўныя элементы Ti і Zr. Бінарныя прыпоі ў асноўным з'яўляюцца Ti, Cu і Ti, якія можна выкарыстоўваць пры тэмпературы 1100 ℃. Сярод трайных прыпояў найбольш распаўсюджаным з'яўляецца Ag, Cu, Ti (W) (TI), які можна выкарыстоўваць для непасрэднай паяння розных керамічных і металічных вырабаў. У якасці трайнога прыпою можна выкарыстоўваць фальгу, парашок або эўтэктычны прыпой Ag-Cu з парашком Ti. Прыпой B-ti49be2 мае падобную каразійную ўстойлівасць да нержавеючай сталі і нізкі ціск пары. Яго можна пераважна выбіраць для вакуумных герметызацыйных злучэнняў, бо ён устойлівы да акіслення і ўцечкі. У прыпоі ti-v-cr тэмпература плаўлення самая нізкая (1620 ℃), калі w (V) складае 30%, а даданне Cr можа эфектыўна знізіць дыяпазон тэмператур плаўлення. Прыпой B-ti47.5ta5 без хрому выкарыстоўваўся для непасрэднай пайкі аксіду алюмінію і аксіду магнію, і яго злучэнне можа працаваць пры тэмпературы навакольнага асяроддзя 1000 ℃. У табліцы 14 паказаны актыўны флюс для непасрэднага злучэння паміж керамікай і металам.
Табліца 14 актыўныя прыпоі для паяння керамікі і металу
2. Тэхналогія паяння
Папярэдне металізаваную кераміку можна паяць у асяроддзі высокачыстага інэртнага газу, вадароду або вакууме. Вакуумная пайка звычайна выкарыстоўваецца для непасрэднай паяння керамікі без металізацыі.
(1) Універсальны працэс паяння Універсальны працэс паяння керамікі і металу можна падзяліць на сем працэсаў: ачыстка паверхні, нанясенне пасты, металізацыя керамічнай паверхні, нікеляванне, пайка і кантроль пасля зваркі.
Мэта ачысткі паверхні — выдаліць плямы ад алею, поту і аксідную плёнку з паверхні асноўнага металу. Спачатку металічныя дэталі і прыпой неабходна абястлусціць, затым аксідную плёнку выдаліць кіслотным або шчолачным прамываннем, прамыць праточнай вадой і высушыць. Дэталі з высокімі патрабаваннямі неабходна падвергнуць тэрмічнай апрацоўцы ў вакуумнай печы або вадароднай печы (таксама можна выкарыстоўваць метад іённай бамбардзіроўкі) пры адпаведнай тэмпературы і часу для ачысткі паверхні дэталяў. Ачышчаныя дэталі не павінны кантактаваць з тлустымі прадметамі або голымі рукамі. Іх неабходна неадкладна змясціць у наступны працэс або ў сушылку. Яны не павінны доўга знаходзіцца на паветры. Керамічныя дэталі неабходна ачысціць ацэтонам і ультрагукам, прамыць праточнай вадой і, нарэшце, двойчы пракіпяціць у дэіянізаванай вадзе па 15 хвілін кожны раз.
Паста наносіцца на керамічную паверхню з'яўляецца важным працэсам металізацыі. Падчас пакрыцця яна наносіцца на металізаваную керамічную паверхню з дапамогай пэндзля або машыны для нанясення пасты. Таўшчыня пакрыцця звычайна складае 30 ~ 60 мм. Паста звычайна рыхтуецца з чыстага металічнага парашка (часам дадаецца адпаведны аксід металу) з памерам часціц каля 1 ~ 5 мкм і арганічнага клею.
Паставаныя керамічныя дэталі адпраўляюць у вадародную печ і спякаюць з вільготным вадародам або крэкінгам аміяку пры тэмпературы 1300~1500 ℃ на працягу 30~60 хвілін. Керамічныя дэталі, пакрытыя гідрыдамі, неабходна нагрэць прыкладна да 900 ℃ для раскладання гідрыдаў і рэакцыі з чыстым металам або тытанам (або цырконіем), якія засталіся на керамічнай паверхні, для атрымання металічнага пакрыцця на керамічнай паверхні.
Каб металізаваны пласт MoMn быў змочаны прыпоем, неабходна нанесці пласт нікеля таўшчынёй 1,4 ~ 5 мкм гальванічна або пакрыць пластом нікелевага парашка. Калі тэмпература пайкі ніжэйшая за 1000 ℃, пласт нікеля неабходна папярэдне спечы ў вадароднай печы. Тэмпература і час спякання складаюць 1000 ℃ / 15 ~ 20 хвілін.
Апрацаваная кераміка — гэта металічныя дэталі, якія павінны быць сабраны ў цэлае з дапамогай нержавеючай сталі або графіту і керамічных формаў. На злучэнні павінен быць усталяваны прыпой, а дэталь павінна заставацца чыстай на працягу ўсёй аперацыі і не павінна дакранацца да яе голымі рукамі.
Пайку трэба праводзіць у аргонавай, вадароднай або вакуумнай печы. Тэмпература пайкі залежыць ад прысадачнага металу. Каб прадухіліць расколіны на керамічных дэталях, хуткасць астуджэння не павінна быць занадта высокай. Акрамя таго, пры пайцы можна прымяняць пэўны ціск (каля 0,49 ~ 0,98 МПа).
Акрамя праверкі якасці паверхні, паяныя зварныя дэталі таксама павінны праходзіць праверку на цеплавы ўдар і механічныя ўласцівасці. Герметычныя дэталі вакуумных прылад таксама павінны праходзіць выпрабаванні на герметычнасць у адпаведнасці з дзеючымі правіламі.
(2) Прамая пайка. Пры непасрэднай пайцы (метад актыўнага металу) спачатку ачысціце паверхню керамічных і металічных зварных дэталяў, а затым збярыце іх. Каб пазбегнуць расколін, выкліканых рознымі каэфіцыентамі цеплавога пашырэння кампанентных матэрыялаў, буферны пласт (адзін або некалькі слаёў металічных лістоў) можна паварочваць паміж зварнымі дэталямі. Прысадачны метал для прыпою павінен быць заціснуты паміж двума зварнымі дэталямі або размешчаны ў месцы, дзе зазор запоўнены прысадачным металам для прыпою, наколькі гэта магчыма, а затым пайка павінна выконвацца як звычайная вакуумная пайка.
Калі для непасрэднай паяння выкарыстоўваецца прыпой Ag Cu Ti, неабходна выкарыстоўваць вакуумную пайку. Пачынайце награваць пры ціску 10-3 Па, калі ступень вакууму ў печы дасягне 2,7 раза, і тэмпература можа хутка павысіцца. Калі тэмпература блізкая да кропкі плаўлення прыпоя, тэмпературу трэба павышаць павольна, каб тэмпература ўсіх частак зварнога шва была аднолькавай. Пасля расплавлення прыпоя тэмпературу трэба хутка павысіць да тэмпературы паяння, а час вытрымкі — 3–5 хвілін. Падчас астуджэння астуджаць павольна да 700 ℃, а пасля 700 ℃ можна астудзіць натуральным чынам у печы.
Пры непасрэднай пайцы актыўнага прыпою Ti-Cu, прыпой можа быць у выглядзе меднай фальгі плюс тытанавага парашка або медных дэталяў плюс тытанавай фальгі, або керамічная паверхня можа быць пакрыта тытанавым парашком плюс меднай фальгой. Перад пайкай усе металічныя дэталі павінны быць дэгазаваны з дапамогай вакууму. Тэмпература дэгазацыі бескіслароднай медзі павінна складаць 750 ~ 800 ℃, а Ti, Nb, Ta і г.д. павінны быць дэгазаваны пры тэмпературы 900 ℃ на працягу 15 хвілін. Пры гэтым ступень вакууму павінна быць не менш за 6,7 × 10⁻³ Па. Падчас пайкі збярыце кампаненты, якія будуць зварвацца, у прыстасаванні, нагрэйце іх у вакуумнай печы да тэмпературы 900 ~ 1120 ℃, а час вытрымкі - 2 ~ 5 хвілін. На працягу ўсяго працэсу пайкі ступень вакууму павінна быць не менш за 6,7 × 10⁻³ Па.
Працэс пайкі Ti Ni метадам аналагічны працэсу Ti Cu, а тэмпература пайкі складае 900 ± 10 ℃.
(3) Метад аксіднай пайкі Метад аксіднай пайкі — гэта метад рэалізацыі надзейнага злучэння з выкарыстаннем шкляной фазы, якая ўтварылася ў выніку плаўлення аксіднага прыпою, для пранікнення ў кераміку і ўвільгатнення паверхні металу. Ён можа злучаць кераміку з керамікай і кераміку з металамі. Прысадачныя металы для аксіднай пайкі ў асноўным складаюцца з Al2O3, CaO, BaO і MgO. Дадаючы B2O3, Y2O3 і ta2o3, можна атрымаць прысадачныя металы для прыпою з рознымі тэмпературамі плаўлення і каэфіцыентамі лінейнага пашырэння. Акрамя таго, фтарыдныя прысадачныя металы для прыпою з CaF2 і NaF у якасці асноўных кампанентаў таксама могуць выкарыстоўвацца для злучэння керамікі і металаў для атрымання злучэнняў з высокай трываласцю і высокай цеплаўстойлівасцю.
Час публікацыі: 13 чэрвеня 2022 г.