Löten von Keramik und Metallen

1. Lötbarkeit

Es ist schwierig, Keramik und Keramik-, Keramik- und Metallkomponenten zu löten.Der größte Teil des Lötmittels bildet auf der Keramikoberfläche eine Kugel mit geringer oder keiner Benetzung.Das Lötfüllmetall, das Keramik benetzen kann, bildet während des Lötens leicht eine Vielzahl von spröden Verbindungen (wie Carbide, Silizide und ternäre oder multivariate Verbindungen) an der Verbindungsschnittstelle.Das Vorhandensein dieser Verbindungen beeinflusst die mechanischen Eigenschaften der Verbindung.Aufgrund des großen Unterschieds der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Keramik, Metall und Lötmittel kommt es außerdem zu Restspannungen in der Verbindung, nachdem die Löttemperatur auf Raumtemperatur abgekühlt ist, was zu Rissen in der Verbindung führen kann.

Die Benetzbarkeit des Lots auf der Keramikoberfläche kann verbessert werden, indem dem üblichen Lot aktive Metallelemente zugesetzt werden;Niedertemperatur- und Kurzzeitlöten können den Effekt der Grenzflächenreaktion verringern;Die thermische Belastung der Fügestelle kann durch eine geeignete Fügestellenform und die Verwendung eines ein- oder mehrlagigen Metalls als Zwischenlage reduziert werden.

2. Löten

Keramik und Metall werden üblicherweise in Vakuumöfen oder Wasserstoff- und Argonöfen verbunden.Zusätzlich zu den allgemeinen Eigenschaften sollten Hartlote für elektronische Vakuumgeräte auch einige spezielle Anforderungen erfüllen.Beispielsweise sollte das Lötmittel keine Elemente enthalten, die einen hohen Dampfdruck erzeugen, um keine Dielektrikumsleckage und Kathodenvergiftung von Vorrichtungen zu verursachen.Es wird allgemein festgelegt, dass der Dampfdruck des Lots bei Betrieb des Geräts 10-3 Pa nicht überschreiten darf und die enthaltenen Verunreinigungen mit hohem Dampfdruck 0,002 % ~ 0,005 % nicht überschreiten dürfen;Das w (o) des Lötmittels darf 0,001 % nicht überschreiten, um zu vermeiden, dass während des Lötens in Wasserstoff Wasserdampf entsteht, der ein Spritzen von geschmolzenem Lötmetall verursachen kann;Außerdem muss das Lot sauber und frei von Oberflächenoxiden sein.

Beim Löten nach der keramischen Metallisierung können Kupfer-, Basis-, Silber-Kupfer-, Gold-Kupfer- und andere Legierungslote verwendet werden.

Für das Direktlöten von Keramik und Metallen sind Hartlote mit den Aktivelementen Ti und Zr zu wählen.Die binären Füllmetalle sind hauptsächlich Ti Cu und Ti Ni, die bei 1100 ℃ verwendet werden können.Unter den ternären Loten ist Ag Cu Ti (W) (TI) das am häufigsten verwendete Lot, das zum direkten Löten verschiedener Keramiken und Metalle verwendet werden kann.Als ternäres Füllmetall kann Folie, Pulver oder eutektisches Ag-Cu-Füllmetall mit Ti-Pulver verwendet werden.Das Hartlot B-ti49be2 hat eine ähnliche Korrosionsbeständigkeit wie Edelstahl und einen niedrigen Dampfdruck.Es kann bevorzugt in Vakuumdichtungsfugen mit Oxidations- und Leckagebeständigkeit ausgewählt werden.Bei Ti-V-Cr-Lot ist die Schmelztemperatur am niedrigsten (1620 ° C), wenn w (V) 30% beträgt, und die Zugabe von Cr kann den Schmelztemperaturbereich effektiv reduzieren.B-ti47.5ta5-Lot ohne Cr wurde zum direkten Löten von Aluminiumoxid und Magnesiumoxid verwendet, und seine Verbindung kann bei einer Umgebungstemperatur von 1000 ℃ arbeiten.Tabelle 14 zeigt das aktive Flussmittel für die direkte Verbindung zwischen Keramik und Metall.

Tabelle 14 Aktivhartlote für das Keramik- und Metalllöten

2. Löttechnik

Die vormetallisierten Keramiken können in hochreiner Inertgas-, Wasserstoff- oder Vakuumumgebung gelötet werden.Vakuumlöten wird im Allgemeinen zum direkten Löten von Keramik ohne Metallisierung verwendet.

(1) Universelles Lötverfahren Das universelle Lötverfahren von Keramik und Metall kann in sieben Prozesse unterteilt werden: Oberflächenreinigung, Pastenbeschichtung, keramische Oberflächenmetallisierung, Vernickelung, Löten und Inspektion nach dem Schweißen.

Der Zweck der Oberflächenreinigung besteht darin, Ölflecken, Schweißflecken und Oxidfilme auf der Oberfläche des Grundmetalls zu entfernen.Die Metallteile und das Lot sind zuerst zu entfetten, dann ist der Oxidfilm durch Waschen mit Säure oder Lauge zu entfernen, mit fließendem Wasser zu waschen und zu trocknen.Teile mit hohen Anforderungen müssen in einem Vakuumofen oder Wasserstoffofen (es kann auch ein Ionenbeschussverfahren verwendet werden) bei geeigneter Temperatur und Zeit wärmebehandelt werden, um die Oberfläche der Teile zu reinigen.Die gereinigten Teile dürfen nicht mit fettigen Gegenständen oder bloßen Händen in Berührung kommen.Sie müssen sofort in den nächsten Prozess oder in den Trockner gegeben werden.Sie dürfen nicht längere Zeit der Luft ausgesetzt werden.Keramikteile werden mit Aceton und Ultraschall gereinigt, mit fließendem Wasser gewaschen und schließlich zweimal mit entionisiertem Wasser für jeweils 15 Minuten gekocht

Die Pastenbeschichtung ist ein wichtiger Prozess der keramischen Metallisierung.Beim Beschichten wird es mit einer Pinsel- oder Pastenbeschichtungsmaschine auf die zu metallisierende Keramikoberfläche aufgetragen.Die Beschichtungsdicke beträgt im Allgemeinen 30 ~ 60 mm.Die Paste wird im Allgemeinen aus reinem Metallpulver (manchmal wird ein geeignetes Metalloxid hinzugefügt) mit einer Partikelgröße von etwa 1 ~ 5 μm und einem organischen Klebstoff hergestellt.

Die pastierten Keramikteile werden in einen Wasserstoffofen geschickt und mit feuchtem Wasserstoff oder gecracktem Ammoniak bei 1300 ~ 1500 ℃ für 30 ~ 60 Minuten gesintert.Mit Hydriden beschichtete Keramikteile müssen auf etwa 900 °C erhitzt werden, um die Hydride zu zersetzen und mit reinem Metall oder Titan (oder Zirkonium), das auf der Keramikoberfläche verbleibt, zu reagieren, um eine Metallbeschichtung auf der Keramikoberfläche zu erhalten.

Für die metallisierte Mo/Mn-Schicht muss eine Nickelschicht von 1,4 ~ 5 um elektroplattiert oder mit einer Schicht aus Nickelpulver beschichtet werden, um sie mit dem Lot benetzen zu können.Wenn die Löttemperatur niedriger als 1000 ℃ ist, muss die Nickelschicht in einem Wasserstoffofen vorgesintert werden.Die Sintertemperatur und -zeit betragen 1000 ℃ /15 ~ 20min.

Die behandelten Keramiken sind Metallteile, die mit Edelstahl- oder Graphit- und Keramikformen zu einem Ganzen zusammengesetzt werden.Lötzinn muss an den Verbindungen angebracht werden, und das Werkstück muss während des gesamten Vorgangs sauber gehalten werden und darf nicht mit bloßen Händen berührt werden.

Das Löten muss in einem Argon-, Wasserstoff- oder Vakuumofen durchgeführt werden.Die Löttemperatur hängt vom Lot ab.Um ein Reißen der Keramikteile zu verhindern, darf die Abkühlgeschwindigkeit nicht zu schnell sein.Darüber hinaus kann beim Löten auch ein gewisser Druck ausgeübt werden (etwa 0,49 ~ 0,98 MPa).

Zusätzlich zur Oberflächenqualitätsprüfung müssen die gelöteten Schweißteile auch einer Temperaturschock- und mechanischen Eigenschaftsprüfung unterzogen werden.Die Dichtteile für Vakuumgeräte müssen ebenfalls einer Dichtheitsprüfung nach einschlägigen Vorschriften unterzogen werden.

(2) Direktes Löten Beim direkten Löten (aktive Metallmethode), reinigen Sie zuerst die Oberfläche der Keramik- und Metallschweißungen und montieren Sie sie dann.Um Risse zu vermeiden, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Komponentenmaterialien verursacht werden, kann die Pufferschicht (eine oder mehrere Schichten von Metallblechen) zwischen Schweißungen gedreht werden.Das Hartlot ist zwischen zwei Schweißnähten einzuklemmen oder an der Stelle zu platzieren, an der der Spalt soweit wie möglich mit Lot ausgefüllt ist, und dann ist das Löten wie gewöhnliches Vakuumlöten durchzuführen.

Wenn Ag-Cu-Ti-Lötmittel zum direkten Löten verwendet wird, muss das Vakuumlötverfahren angewendet werden.Wenn der Vakuumgrad im Ofen 2,7 × erreicht, beginnen Sie mit dem Erhitzen bei 10-3 Pa, und die Temperatur kann zu diesem Zeitpunkt schnell ansteigen;Wenn die Temperatur nahe am Schmelzpunkt des Lötmittels liegt, sollte die Temperatur langsam erhöht werden, damit die Temperatur aller Teile der Schweißung tendenziell gleich ist;Wenn das Lot geschmolzen ist, muss die Temperatur schnell auf die Löttemperatur erhöht werden und die Haltezeit 3 ​​bis 5 Minuten betragen.Während des Abkühlens wird es langsam vor 700 ℃ abgekühlt und kann nach 700 ℃ mit dem Ofen natürlich gekühlt werden.

Beim Direktlöten von Ti-Cu-Aktivlot kann die Lotform Cu-Folie plus Ti-Pulver oder Cu-Teile plus Ti-Folie sein oder die Keramikoberfläche kann mit Ti-Pulver plus Cu-Folie beschichtet werden.Vor dem Löten sind alle Metallteile durch Vakuum zu entgasen.Die Entgasungstemperatur von sauerstofffreiem Kupfer muss 750 ~ 800 ℃ betragen, und Ti, Nb, Ta usw. müssen 15 Minuten lang bei 900 ℃ entgast werden.Zu diesem Zeitpunkt darf der Vakuumgrad nicht weniger als 6,7 × 10-3 Pa betragen。 Montieren Sie während des Lötens die zu schweißenden Komponenten in der Vorrichtung, erhitzen Sie sie im Vakuumofen auf 900 ~ 1120 ℃ und die Haltezeit beträgt 2 ~ 5 Minuten.Während des gesamten Lötprozesses darf der Vakuumgrad nicht weniger als 6,7 × 10-3 Pa betragen。

Der Lötprozess des Ti-Ni-Verfahrens ähnelt dem des Ti-Cu-Verfahrens, und die Löttemperatur beträgt 900 ± 10 ℃.

(3) Oxidlötverfahren Das Oxidlötverfahren ist ein Verfahren zur Realisierung einer zuverlässigen Verbindung, indem die durch das Schmelzen von Oxidlot gebildete Glasphase verwendet wird, um in die Keramik einzudringen und die Metalloberfläche zu benetzen.Es kann Keramik mit Keramik und Keramik mit Metall verbinden.Oxidhartlote bestehen hauptsächlich aus Al2O3, Cao, Bao und MgO.Durch die Zugabe von B2O3, Y2O3 und ta2o3 können Hartlote mit unterschiedlichen Schmelzpunkten und linearen Ausdehnungskoeffizienten erhalten werden.Darüber hinaus können fluoridhaltige Hartlote mit CaF2 und NaF als Hauptbestandteilen auch zum Verbinden von Keramik und Metallen verwendet werden, um Verbindungen mit hoher Festigkeit und hoher Hitzebeständigkeit zu erhalten.