Keramikas un metālu lodēšana

1. Lodējamība

Keramikas un keramikas, keramikas un metāla komponentu lodēšana ir sarežģīta. Lielākā daļa lodmetāla uz keramikas virsmas veido lodīti, kas maz vai nemaz nesamitrina. Lodmetāls, kas var samitrināt keramiku, lodēšanas laikā viegli veido dažādus trauslus savienojumus (piemēram, karbīdus, silicīdus un trīskāršus vai daudzfaktoru savienojumus). Šo savienojumu klātbūtne ietekmē savienojuma mehāniskās īpašības. Turklāt, pateicoties lielajai termiskās izplešanās koeficientu atšķirībai starp keramiku, metālu un lodmetālu, pēc lodēšanas temperatūras atdzišanas līdz istabas temperatūrai savienojumā paliks atlikušais spriegums, kas var izraisīt savienojuma plaisāšanu.

Lodējuma mitrināmību uz keramikas virsmas var uzlabot, pievienojot parastajam lodējumam aktīvus metāla elementus; Zema temperatūra un īslaicīgs lodēšanas laiks var samazināt saskarnes reakcijas ietekmi; Savienojuma termisko spriegumu var samazināt, izstrādājot piemērotu savienojuma formu un izmantojot viena vai vairāku slāņu metālu kā starpslāni.

2. Lodēšana

Keramikas un metāla savienošana parasti notiek vakuuma krāsnī vai ūdeņraža un argona krāsnī. Papildus vispārīgajām īpašībām vakuuma elektronisko ierīču lodēšanas pildmetāliem ir jāatbilst arī dažām īpašām prasībām. Piemēram, lodmetālam nevajadzētu saturēt elementus, kas rada augstu tvaika spiedienu, lai neradītu dielektrisku noplūdi un ierīču katoda saindēšanos. Parasti tiek noteikts, ka ierīces darbības laikā lodmetāla tvaika spiediens nedrīkst pārsniegt 10-3pa, un augsta tvaika spiediena piemaisījumi nedrīkst pārsniegt 0,002% ~ 0,005%; lodmetāla w(o) nedrīkst pārsniegt 0,001%, lai izvairītos no ūdens tvaiku veidošanās lodēšanas laikā ūdeņradī, kas var izraisīt izkausēta lodmetāla šļakatas; Turklāt lodmetālam jābūt tīram un bez virsmas oksīdiem.

Cietlodējot pēc keramikas metalizācijas, var izmantot varu, bāzes, sudraba varu, zelta varu un citus sakausējumu lodēšanas pildmetālus.

Keramikas un metālu tiešai lodēšanai jāizvēlas lodēšanas pildvielas, kas satur aktīvos elementus Ti un Zr. Binārie pildvielas metāli galvenokārt ir Ti, Cu un Ti, Ni, kurus var izmantot 1100 ℃ temperatūrā. No trīskāršajiem lodmetāliem visbiežāk izmanto Ag, Cu, Ti (W) (TI), ko var izmantot dažādu keramikas un metālu tiešai lodēšanai. Kā trīskāršo pildvielu var izmantot foliju, pulveri vai Ag, Cu eutektisko pildvielu ar Ti pulveri. B-ti49be2 lodēšanas pildvielai ir līdzīga korozijas izturība kā nerūsējošajam tēraudam un zems tvaika spiediens. To var priekšroku dot vakuuma blīvēšanas savienojumiem ar oksidēšanās un noplūdes izturību. Ti-v-cr lodmetālā kušanas temperatūra ir viszemākā (1620 ℃), ja w (V) ir 30%, un Cr pievienošana var efektīvi samazināt kušanas temperatūras diapazonu. B-ti47.5ta5 lodmetāls bez Cr ir izmantots alumīnija oksīda un magnija oksīda tiešai lodēšanai, un tā savienojums var darboties 1000 ℃ apkārtējās vides temperatūrā. 14. tabulā parādīta aktīvā plūsma tiešam savienojumam starp keramiku un metālu.

14. tabula. Aktīvās lodēšanas pildmetāli keramikas un metāla lodēšanai.

2. Lodēšanas tehnoloģija

Iepriekš metalizētu keramiku var lodēt augstas tīrības pakāpes inertā gāzē, ūdeņradī vai vakuuma vidē. Vakuuma lodēšana parasti tiek izmantota keramikas tiešai lodēšanai bez metalizācijas.

(1) Universāls lodēšanas process Keramikas un metāla universālo lodēšanas procesu var iedalīt septiņos procesos: virsmas tīrīšana, pastas pārklāšana, keramikas virsmas metalizācija, niķelēšana, lodēšana un pārbaude pēc metināšanas.

Virsmas tīrīšanas mērķis ir noņemt eļļas traipus, sviedru traipus un oksīda plēvi no pamatmetāla virsmas. Metāla detaļas un lodmetāls vispirms ir jāattauko, pēc tam oksīda plēvi jānoņem ar skābi vai sārmu, jānomazgā ar tekošu ūdeni un jānožāvē. Detaļas ar augstām prasībām ir jāapstrādā vakuuma krāsnī vai ūdeņraža krāsnī (var izmantot arī jonu bombardēšanas metodi) atbilstošā temperatūrā un laikā, lai attīrītu detaļu virsmu. Notīrītās detaļas nedrīkst nonākt saskarē ar taukainiem priekšmetiem vai kailām rokām. Tās nekavējoties jānovieto nākamajā procesā vai jāievieto žāvētājā. Tās nedrīkst ilgstoši pakļaut gaisa iedarbībai. Keramikas detaļas jātīra ar acetonu un ultraskaņu, jānomazgā ar tekošu ūdeni un visbeidzot divas reizes jāvāra dejonizētā ūdenī pa 15 minūtēm katru reizi.

Pasta pārklāšana ir svarīgs keramikas metalizācijas process. Pārklāšanas laikā to uzklāj uz metalizējamās keramikas virsmas ar otu vai pastas pārklāšanas mašīnu. Pārklājuma biezums parasti ir 30–60 mm. Pasta parasti tiek gatavota no tīra metāla pulvera (dažreiz pievienojot atbilstošu metāla oksīdu) ar daļiņu izmēru aptuveni 1–5 μm un organiskas līmes.

Ielīmētās keramikas detaļas tiek nosūtītas uz ūdeņraža krāsni un 1300–1500 ℃ temperatūrā 30–60 minūtes tiek saķepinātas ar mitru ūdeņradi vai krekinga amonjaku. Ar hidrīdiem pārklātās keramikas detaļas tiek uzkarsētas līdz aptuveni 900 ℃, lai sadalītu hidrīdus un reaģētu ar tīru metālu vai titānu (vai cirkoniju), kas paliek uz keramikas virsmas, lai iegūtu metāla pārklājumu.

Lai samitrinātu MoMn metalizēto slāni ar lodmetālu, galvaniski jāpārklāj vai ar niķeļa pulvera slāni jāuzklāj 1,4–5 μm biezs niķeļa slānis. Ja lodēšanas temperatūra ir zemāka par 1000 ℃, niķeļa slānis iepriekš jāsaķepina ūdeņraža krāsnī. Saķepināšanas temperatūra un laiks ir 1000 ℃/15–20 minūtes.

Apstrādātās keramikas izstrādājumi ir metāla detaļas, kas jāsaliek vienā veselumā, izmantojot nerūsējošā tērauda vai grafīta un keramikas veidnes. Savienojumos jāuzstāda lodmetāls, un sagatave visas darbības laikā jāuztur tīra, to nedrīkst aiztikt ar kailām rokām.

Lodēšana jāveic argona, ūdeņraža vai vakuuma krāsnī. Lodēšanas temperatūra ir atkarīga no lodējamā pildmetāla. Lai novērstu keramikas detaļu plaisāšanu, dzesēšanas ātrumam nevajadzētu būt pārāk lielam. Turklāt lodēšanas laikā var pielietot arī noteiktu spiedienu (apmēram 0,49–0,98 MPa).

Papildus virsmas kvalitātes pārbaudei lodētie metinājumi ir jāpakļauj arī termiskā trieciena un mehānisko īpašību pārbaudei. Vakuuma ierīču blīvējuma detaļām jāveic arī noplūdes pārbaude saskaņā ar attiecīgajiem noteikumiem.

(2) Tiešā lodēšana Tiešās lodēšanas gadījumā (aktīvā metāla metode) vispirms notīriet keramikas un metāla metinājumu virsmu un pēc tam salieciet tos kopā. Lai izvairītos no plaisām, ko izraisa dažādi komponentu materiālu termiskās izplešanās koeficienti, bufera slāni (vienu vai vairākus metāla lokšņu slāņus) var pagriezt starp metinājumiem. Lodēšanas pildmetāls jāiespiež starp diviem metinājumiem vai jānovieto vietā, kur sprauga ir pēc iespējas pilnīgāk aizpildīta ar lodēšanas pildmetālu, un pēc tam lodēšana jāveic kā parastā vakuuma lodēšana.

Ja tiešai lodēšanai izmanto Ag Cu Ti lodmetālu, jāizmanto vakuuma lodēšanas metode. Kad vakuuma pakāpe krāsnī sasniedz 2,7 × 10-3pa, temperatūra var strauji paaugstināties; kad temperatūra ir tuvu lodmetāla kušanas temperatūrai, temperatūra jāpaaugstina lēnām, lai visu metinājuma daļu temperatūra būtu vienāda; kad lodmetāls ir izkusis, temperatūra strauji jāpaaugstina līdz lodēšanas temperatūrai, un turēšanas laikam jābūt 3–5 minūtēm; dzesēšanas laikā tas lēnām jāatdzesē līdz 700 ℃, un pēc 700 ℃ to var dabiski atdzesēt krāsnī.

Tiešās lodēšanas laikā ar Ti-Cu aktīvo lodmetālu lodēšanas veids var būt Cu folija un Ti pulveris vai Cu detaļas un Ti folija, vai arī keramikas virsma var tikt pārklāta ar Ti pulveri un Cu foliju. Pirms lodēšanas visas metāla detaļas ir jāatbrīvo ar vakuumu. Bezskābekļa vara degazēšanas temperatūrai jābūt 750–800 ℃, un Ti, Nb, Ta u. c. detaļas ir jāatbrīvo 900 ℃ temperatūrā 15 minūtes. Šajā laikā vakuuma pakāpei jābūt ne mazākai par 6,7 × 10⁻³Pa. Lodēšanas laikā salieciet metināmās detaļas armatūrā, uzkarsējiet tās vakuuma krāsnī līdz 900–1120 ℃, un turēšanas laiks ir 2–5 minūtes. Visa lodēšanas procesa laikā vakuuma pakāpei jābūt ne mazākai par 6,7 × 10⁻³Pa.

Ti Ni metodes cietlodēšanas process ir līdzīgs Ti Cu metodes cietlodēšanai, un cietlodēšanas temperatūra ir 900 ± 10 ℃.

(3) Oksīda lodēšanas metode Oksīda lodēšanas metode ir metode uzticama savienojuma nodrošināšanai, izmantojot stikla fāzi, kas veidojas, kustot oksīda lodmetālam, lai iesūktos keramikā un samitrinātu metāla virsmu. Tā var savienot keramiku ar keramiku un keramiku ar metāliem. Oksīda lodēšanas pildmetāli galvenokārt sastāv no Al2O3, Cao, Bao un MgO. Pievienojot B2O3, Y2O3 un ta2o3, var iegūt lodēšanas pildmetālus ar dažādām kušanas temperatūrām un lineārajiem izplešanās koeficientiem. Turklāt fluorīda lodēšanas pildmetālus ar CaF2 un NaF kā galvenajām sastāvdaļām var izmantot arī keramikas un metālu savienošanai, lai iegūtu savienojumus ar augstu izturību un augstu karstumizturību.