Brasagem de cerâmicas e metais

1. Brasagem

A brasagem de componentes cerâmicos, cerâmicos e metálicos é difícil. A maior parte da solda forma uma bola na superfície cerâmica, com pouca ou nenhuma molhabilidade. O metal de adição para brasagem, que pode molhar a cerâmica, facilmente forma uma variedade de compostos frágeis (como carbonetos, silicetos e compostos ternários ou multivariados) na interface da junta durante a brasagem. A presença desses compostos afeta as propriedades mecânicas da junta. Além disso, devido à grande diferença nos coeficientes de expansão térmica entre a cerâmica, o metal e a solda, haverá tensão residual na junta após a temperatura de brasagem ser resfriada à temperatura ambiente, o que pode causar trincas na junta.

A molhabilidade da solda na superfície cerâmica pode ser melhorada adicionando elementos metálicos ativos à solda comum; A brasagem em baixa temperatura e curto tempo pode reduzir o efeito da reação da interface; O estresse térmico da junta pode ser reduzido projetando uma forma de junta adequada e usando um metal de camada única ou múltipla como camada intermediária.

2. Solda

Cerâmica e metal são geralmente conectados em fornos a vácuo ou fornos de hidrogênio e argônio. Além das características gerais, os metais de adição para brasagem de dispositivos eletrônicos a vácuo também devem ter alguns requisitos especiais. Por exemplo, a solda não deve conter elementos que produzam alta pressão de vapor, para não causar vazamento dielétrico e envenenamento catódico dos dispositivos. É geralmente especificado que, quando o dispositivo estiver em operação, a pressão de vapor da solda não deve exceder 10-3pa, e as impurezas de alta pressão de vapor contidas não devem exceder 0,002% ~ 0,005%; O a(o) da solda não deve exceder 0,001%, de modo a evitar o vapor d'água gerado durante a brasagem em hidrogênio, que pode causar respingos do metal de solda fundido; Além disso, a solda deve estar limpa e livre de óxidos superficiais.

Na brasagem após a metalização cerâmica, podem ser utilizados metais de adição de brasagem de cobre, base, cobre prateado, cobre dourado e outras ligas.

Para brasagem direta de cerâmicas e metais, metais de adição de brasagem contendo elementos ativos Ti e Zr devem ser selecionados. Os metais de adição binários são principalmente Ti Cu e Ti Ni, que podem ser usados ​​a 1100 ℃. Entre as soldas ternárias, Ag Cu Ti (W) (TI) é a solda mais comumente usada, que pode ser usada para brasagem direta de vários tipos de cerâmicas e metais. O metal de adição ternária pode ser usado por folha, pó ou metal de adição eutético Ag Cu com pó de Ti. O metal de adição de brasagem B-ti49be2 tem resistência à corrosão semelhante ao aço inoxidável e baixa pressão de vapor. Pode ser selecionado preferencialmente nas juntas de vedação a vácuo com resistência à oxidação e vazamento. Na solda ti-v-cr, a temperatura de fusão é a mais baixa (1620 ℃) ​​quando w (V) é 30%, e a adição de Cr pode efetivamente reduzir a faixa de temperatura de fusão. A solda B-ti47.5ta5 sem Cr foi utilizada para brasagem direta de alumina e óxido de magnésio, e sua junta pode operar a uma temperatura ambiente de 1000 ℃. A Tabela 14 mostra o fluxo ativo para conexão direta entre cerâmica e metal.

Tabela 14 metais de adição de brasagem ativos para brasagem de cerâmica e metal

2. Tecnologia de brasagem

As cerâmicas pré-metalizadas podem ser brasadas em gás inerte de alta pureza, hidrogênio ou em ambiente de vácuo. A brasagem a vácuo é geralmente usada para brasagem direta de cerâmicas sem metalização.

(1) Processo de brasagem universal o processo de brasagem universal de cerâmica e metal pode ser dividido em sete processos: limpeza de superfície, revestimento de pasta, metalização de superfície de cerâmica, niquelagem, brasagem e inspeção pós-soldagem.

A limpeza de superfícies visa remover manchas de óleo, suor e películas de óxido da superfície do metal base. As peças metálicas e a solda devem ser desengorduradas primeiro e, em seguida, a película de óxido deve ser removida por lavagem ácida ou alcalina, lavadas com água corrente e secas. As peças com requisitos elevados devem ser tratadas termicamente em forno a vácuo ou forno a hidrogênio (o método de bombardeamento iônico também pode ser utilizado) em temperatura e tempo adequados para purificar a superfície das peças. As peças limpas não devem entrar em contato com objetos oleosos ou com as mãos desprotegidas. Devem ser imediatamente submetidas ao próximo processo ou à secagem. Não devem ser expostas ao ar por muito tempo. As peças cerâmicas devem ser limpas com acetona e ultrassom, lavadas com água corrente e, por fim, fervidas duas vezes com água deionizada por 15 minutos cada vez.

O revestimento em pasta é um processo importante na metalização de cerâmica. Durante o revestimento, ele é aplicado à superfície cerâmica a ser metalizada com um pincel ou máquina de revestimento em pasta. A espessura do revestimento é geralmente de 30 a 60 mm. A pasta é geralmente preparada a partir de pó metálico puro (às vezes, adiciona-se óxido metálico apropriado) com tamanho de partícula de cerca de 1 a 5 µm e adesivo orgânico.

As peças cerâmicas coladas são enviadas a um forno de hidrogênio e sinterizadas com hidrogênio úmido ou amônia craqueada a 1300 ~ 1500 ℃ por 30 ~ 60 minutos. As peças cerâmicas revestidas com hidretos devem ser aquecidas a cerca de 900 ℃ para decompor os hidretos e reagir com o metal puro ou titânio (ou zircônio) remanescente na superfície cerâmica, obtendo-se um revestimento metálico.

Para a camada metalizada de Mo Mn, a fim de molhá-la com a solda, uma camada de níquel de 1,4 ~ 5 µm deve ser galvanizada ou revestida com uma camada de pó de níquel. Se a temperatura de brasagem for inferior a 1000 ℃, a camada de níquel precisa ser pré-sinterizada em um forno a hidrogênio. A temperatura e o tempo de sinterização são de 1000 ℃ /15 ~ 20 min.

As cerâmicas tratadas são peças metálicas que devem ser montadas em um todo com moldes de aço inoxidável ou grafite e cerâmica. A solda deve ser aplicada nas juntas, e a peça de trabalho deve ser mantida limpa durante toda a operação, não podendo ser tocada com as mãos desprotegidas.

A brasagem deve ser realizada em forno de argônio, hidrogênio ou vácuo. A temperatura de brasagem depende do metal de adição. Para evitar rachaduras nas peças cerâmicas, a taxa de resfriamento não deve ser muito rápida. Além disso, a brasagem também pode aplicar uma certa pressão (cerca de 0,49 ~ 0,98 MPa).

Além da inspeção da qualidade da superfície, as soldas brasadas também devem ser submetidas a testes de choque térmico e de propriedades mecânicas. As peças de vedação para dispositivos de vácuo também devem ser submetidas a testes de vazamento, de acordo com as normas aplicáveis.

(2) Brasagem direta: na brasagem direta (método de metal ativo), a superfície das soldas cerâmica e metálica é primeiro limpa e, em seguida, montada. Para evitar rachaduras causadas pelos diferentes coeficientes de expansão térmica dos materiais componentes, a camada de amortecimento (uma ou mais camadas de chapas metálicas) pode ser rotacionada entre as soldas. O metal de adição para brasagem deve ser fixado entre as duas soldas ou posicionado na posição onde a folga é preenchida com metal de adição para brasagem, na medida do possível, e então a brasagem deve ser realizada como uma brasagem a vácuo comum.

Se a solda Ag Cu Ti for usada para brasagem direta, o método de brasagem a vácuo deve ser adotado. Quando o grau de vácuo no forno atingir 2,7 ×, inicie o aquecimento a 10-3 Pa, e a temperatura pode subir rapidamente neste momento; Quando a temperatura estiver próxima do ponto de fusão da solda, a temperatura deve ser aumentada lentamente para fazer com que a temperatura de todas as partes da soldagem tenda a ser a mesma; Quando a solda estiver derretida, a temperatura deve ser elevada rapidamente para a temperatura de brasagem, e o tempo de espera deve ser de 3 a 5 minutos; Durante o resfriamento, ela deve ser resfriada lentamente antes de 700 ℃, e pode ser resfriada naturalmente com o forno após 700 ℃.

Ao soldar diretamente com solda ativa de Ti-Cu, a solda pode ser feita com folha de Cu mais pó de Ti ou com peças de Cu mais folha de Ti, ou a superfície cerâmica pode ser revestida com pó de Ti mais folha de Cu. Antes da brasagem, todas as peças metálicas devem ser desgaseificadas a vácuo. A temperatura de desgaseificação do cobre livre de oxigênio deve ser de 750 a 800 °C, e Ti, Nb, Ta, etc. devem ser desgaseificados a 900 °C por 15 minutos. Nesse momento, o grau de vácuo não deve ser inferior a 6,7 ​​× 10-3 Pa. Durante a brasagem, monte os componentes a serem soldados no dispositivo, aqueça-os no forno a vácuo a 900 a 1120 °C e o tempo de espera é de 2 a 5 minutos. Durante todo o processo de brasagem, o grau de vácuo não deve ser inferior a 6,7 ​​× 10-3 Pa.

O processo de brasagem do método Ti Ni é semelhante ao do método Ti Cu e a temperatura de brasagem é de 900 ± 10 ℃.

(3) Método de brasagem por óxido: O método de brasagem por óxido é um método para realizar uma conexão confiável, utilizando a fase vítrea formada pela fusão da solda de óxido para infiltrar na cerâmica e umedecer a superfície metálica. Ele pode conectar cerâmica com cerâmica e cerâmica com metais. Os metais de adição para brasagem por óxido são compostos principalmente de Al2O3, Cao, Bao e MgO. Adicionando B2O3, Y2O3 e ta2O3, metais de adição para brasagem com vários pontos de fusão e coeficientes de expansão linear podem ser obtidos. Além disso, metais de adição para brasagem com flúor, com CaF2 e NaF como componentes principais, também podem ser usados ​​para conectar cerâmicas e metais, obtendo juntas de alta resistência e alta resistência ao calor.