सिरेमिक और धातुओं का ब्रेज़िंग

1. ब्रेज़ेबिलिटी

सिरेमिक और सिरेमिक, सिरेमिक और धातु के घटकों को ब्रेज़ करना मुश्किल होता है। ज़्यादातर सोल्डर सिरेमिक सतह पर एक गेंद जैसा आकार ले लेता है, जिसमें बहुत कम या बिल्कुल भी गीलापन नहीं होता। ब्रेज़िंग फिलर धातु, जो सिरेमिक को गीला कर सकती है, ब्रेज़िंग के दौरान जोड़ के इंटरफेस पर कई तरह के भंगुर यौगिक (जैसे कार्बाइड, सिलिसाइड और टर्नरी या मल्टीवेरिएट यौगिक) आसानी से बना लेती है। इन यौगिकों की मौजूदगी जोड़ के यांत्रिक गुणों को प्रभावित करती है। इसके अलावा, सिरेमिक, धातु और सोल्डर के तापीय प्रसार गुणांक में बड़े अंतर के कारण, ब्रेज़िंग तापमान को कमरे के तापमान तक ठंडा करने के बाद जोड़ में अवशिष्ट तनाव होगा, जिससे जोड़ में दरार पड़ सकती है।

सामान्य सोल्डर में सक्रिय धातु तत्वों को जोड़कर सिरेमिक सतह पर सोल्डर की गीलापन क्षमता में सुधार किया जा सकता है; कम तापमान और कम समय के ब्रेज़िंग से इंटरफ़ेस प्रतिक्रिया के प्रभाव को कम किया जा सकता है; एक उपयुक्त संयुक्त रूप को डिजाइन करके और मध्यवर्ती परत के रूप में एकल या बहु-परत धातु का उपयोग करके संयुक्त के थर्मल तनाव को कम किया जा सकता है।

2. सोल्डर

सिरेमिक और धातु आमतौर पर वैक्यूम भट्टी या हाइड्रोजन और आर्गन भट्टी में जुड़े होते हैं। सामान्य विशेषताओं के अलावा, वैक्यूम इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए ब्रेज़िंग फिलर धातुओं की कुछ विशेष आवश्यकताएं भी होनी चाहिए। उदाहरण के लिए, सोल्डर में ऐसे तत्व नहीं होने चाहिए जो उच्च वाष्प दबाव उत्पन्न करते हैं, ताकि उपकरणों में ढांकता हुआ रिसाव और कैथोड विषाक्तता न हो। यह आम तौर पर निर्दिष्ट किया जाता है कि जब उपकरण काम कर रहा हो, तो सोल्डर का वाष्प दबाव 10-3pa से अधिक नहीं होना चाहिए, और इसमें निहित उच्च वाष्प दबाव अशुद्धियाँ 0.002% ~ 0.005% से अधिक नहीं होनी चाहिए; सोल्डर का w (o) 0.001% से अधिक नहीं होना चाहिए, ताकि हाइड्रोजन में ब्रेज़िंग के दौरान उत्पन्न जल वाष्प से बचा जा सके, जिससे पिघली हुई सोल्डर धातु के छींटे पड़ सकते हैं; इसके अलावा, सोल्डर साफ और सतह ऑक्साइड से मुक्त होना चाहिए।

सिरेमिक धातुकरण के बाद टांकना करते समय, तांबा, आधार, चांदी तांबा, सोना तांबा और अन्य मिश्र धातु टांकना भराव धातुओं का उपयोग किया जा सकता है।

सिरेमिक और धातुओं के प्रत्यक्ष ब्रेज़िंग के लिए, सक्रिय तत्व Ti और Zr युक्त ब्रेज़िंग फिलर धातुओं का चयन किया जाएगा। बाइनरी फिलर धातु मुख्य रूप से Ti Cu और Ti Ni हैं, जिनका उपयोग 1100 ℃ पर किया जा सकता है। टर्नरी सोल्डर में, Ag Cu Ti (W) (TI) सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला सोल्डर है, जिसका उपयोग विभिन्न सिरेमिक और धातुओं के प्रत्यक्ष ब्रेज़िंग के लिए किया जा सकता है। टर्नरी फिलर धातु का उपयोग पन्नी, पाउडर या Ti पाउडर के साथ Ag Cu यूटेक्टिक फिलर धातु द्वारा किया जा सकता है। B-ti49be2 ब्रेज़िंग फिलर धातु में स्टेनलेस स्टील के समान संक्षारण प्रतिरोध और कम वाष्प दबाव होता है। इसे ऑक्सीकरण और रिसाव प्रतिरोध के साथ वैक्यूम सीलिंग जोड़ों में अधिमानतः चुना जा सकता है Cr रहित B-ti47.5ta5 सोल्डर का उपयोग एल्यूमिना और मैग्नीशियम ऑक्साइड के प्रत्यक्ष ब्रेज़िंग के लिए किया गया है, और इसका जोड़ 1000 ℃ के परिवेशी तापमान पर भी काम कर सकता है। तालिका 14 सिरेमिक और धातु के बीच सीधे संबंध के लिए सक्रिय फ्लक्स दर्शाती है।

तालिका 14 सिरेमिक और धातु ब्रेज़िंग के लिए सक्रिय ब्रेज़िंग भराव धातुएँ

2. ब्रेज़िंग तकनीक

पूर्व-धात्विक सिरेमिक को उच्च शुद्धता वाली अक्रिय गैस, हाइड्रोजन या निर्वात वातावरण में ब्रेज़ किया जा सकता है। निर्वात ब्रेज़िंग का उपयोग आमतौर पर बिना धातुकरण के सिरेमिक के प्रत्यक्ष ब्रेज़िंग के लिए किया जाता है।

(1) सार्वभौमिक टांकना प्रक्रिया सिरेमिक और धातु की सार्वभौमिक टांकना प्रक्रिया को सात प्रक्रियाओं में विभाजित किया जा सकता है: सतह की सफाई, पेस्ट कोटिंग, सिरेमिक सतह धातुकरण, निकल चढ़ाना, टांकना और पोस्ट वेल्ड निरीक्षण।

सतह की सफाई का उद्देश्य आधार धातु की सतह पर तेल के दाग, पसीने के दाग और ऑक्साइड फिल्म को हटाना है। धातु के हिस्सों और सोल्डर को पहले डीग्रीज किया जाना चाहिए, फिर ऑक्साइड फिल्म को एसिड या क्षार धुलाई द्वारा हटाया जाना चाहिए, बहते पानी से धोया जाना चाहिए और सुखाया जाना चाहिए। उच्च आवश्यकता वाले हिस्सों को भागों की सतह को शुद्ध करने के लिए उचित तापमान और समय पर वैक्यूम भट्टी या हाइड्रोजन भट्टी (आयन बमबारी विधि का भी उपयोग किया जा सकता है) में ऊष्मा उपचारित किया जाना चाहिए। साफ किए गए हिस्सों को चिकनाई वाली वस्तुओं या नंगे हाथों के संपर्क में नहीं आना चाहिए। उन्हें तुरंत अगली प्रक्रिया में या ड्रायर में डाल दिया जाना चाहिए। उन्हें लंबे समय तक हवा के संपर्क में नहीं रहना चाहिए। सिरेमिक हिस्सों को एसीटोन और अल्ट्रासोनिक से साफ किया जाना चाहिए, बहते पानी से धोया जाना चाहिए, और अंत में विआयनीकृत पानी में दो बार 15 मिनट तक उबाला जाना चाहिए।

पेस्ट कोटिंग सिरेमिक धातुकरण की एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है। कोटिंग के दौरान, इसे ब्रश या पेस्ट कोटिंग मशीन की मदद से धातुकृत की जाने वाली सिरेमिक सतह पर लगाया जाता है। कोटिंग की मोटाई आमतौर पर 30 ~ 60 मिमी होती है। पेस्ट आमतौर पर शुद्ध धातु पाउडर (कभी-कभी उपयुक्त धातु ऑक्साइड मिलाया जाता है) से तैयार किया जाता है, जिसका कण आकार लगभग 1 ~ 5 माइक्रोन होता है और इसमें कार्बनिक चिपकने वाला पदार्थ होता है।

चिपकाए गए सिरेमिक भागों को हाइड्रोजन भट्टी में भेजा जाता है और गीले हाइड्रोजन या क्रैक्ड अमोनिया के साथ 1300 ~ 1500 डिग्री सेल्सियस पर 30 ~ 60 मिनट तक सिंटर किया जाता है। हाइड्राइड से लेपित सिरेमिक भागों को लगभग 900 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है ताकि हाइड्राइड विघटित हो जाएँ और सिरेमिक सतह पर बची हुई शुद्ध धातु या टाइटेनियम (या ज़िरकोनियम) के साथ अभिक्रिया करके सिरेमिक सतह पर धातु की परत प्राप्त की जा सके।

MoMn धातुकृत परत को सोल्डर से गीला करने के लिए, 1.4 ~ 5 माइक्रोन की निकल परत को इलेक्ट्रोप्लेटिंग या निकल पाउडर की परत से लेपित किया जाना चाहिए। यदि ब्रेज़िंग तापमान 1000 ℃ से कम है, तो निकल परत को हाइड्रोजन भट्टी में पूर्व-सिंटर किया जाना चाहिए। सिंटरिंग तापमान और समय 1000 ℃ / 15 ~ 20 मिनट है।

उपचारित सिरेमिक धातु के हिस्से होते हैं, जिन्हें स्टेनलेस स्टील या ग्रेफाइट और सिरेमिक सांचों से जोड़कर एक पूरे में जोड़ा जाएगा। जोड़ों पर सोल्डर लगाया जाएगा, और पूरी प्रक्रिया के दौरान वर्कपीस को साफ रखा जाएगा, और उसे नंगे हाथों से नहीं छुआ जाएगा।

ब्रेज़िंग आर्गन, हाइड्रोजन या वैक्यूम भट्टी में की जानी चाहिए। ब्रेज़िंग का तापमान ब्रेज़िंग फिलर धातु पर निर्भर करता है। सिरेमिक भागों में दरार पड़ने से बचाने के लिए, शीतलन दर बहुत तेज़ नहीं होनी चाहिए। इसके अलावा, ब्रेज़िंग के लिए एक निश्चित दबाव (लगभग 0.49 ~ 0.98mpa) भी लगाया जा सकता है।

सतह गुणवत्ता निरीक्षण के अलावा, ब्रेज़्ड वेल्डमेंट्स का थर्मल शॉक और यांत्रिक गुण निरीक्षण भी किया जाएगा। वैक्यूम उपकरणों के सीलिंग भागों का भी संबंधित नियमों के अनुसार रिसाव परीक्षण किया जाना चाहिए।

(2) प्रत्यक्ष ब्रेज़िंग (सक्रिय धातु विधि) में, सीधे ब्रेज़िंग करते समय, पहले सिरेमिक और धातु वेल्डमेंट की सतह को साफ़ करें और फिर उन्हें जोड़ दें। घटक सामग्रियों के विभिन्न तापीय प्रसार गुणांकों के कारण होने वाली दरारों से बचने के लिए, बफर परत (धातु शीट की एक या अधिक परतें) को वेल्डमेंट के बीच घुमाया जा सकता है। ब्रेज़िंग फिलर धातु को दो वेल्डमेंट के बीच क्लैंप किया जाना चाहिए या उस स्थान पर रखा जाना चाहिए जहाँ अंतराल को ब्रेज़िंग फिलर धातु से यथासंभव भरा जा सके, और फिर सामान्य वैक्यूम ब्रेज़िंग की तरह ब्रेज़िंग की जानी चाहिए।

यदि Ag Cu Ti सोल्डर का उपयोग प्रत्यक्ष ब्रेज़िंग के लिए किया जाता है, तो वैक्यूम ब्रेज़िंग विधि अपनाई जानी चाहिए। जब ​​भट्ठी में वैक्यूम की डिग्री 2.7 × 10-3pa पर पहुँच जाए, तो गर्म करना शुरू करें, और इस समय तापमान तेज़ी से बढ़ सकता है; जब तापमान सोल्डर के गलनांक के करीब हो, तो तापमान को धीरे-धीरे बढ़ाया जाना चाहिए ताकि वेल्डमेंट के सभी हिस्सों का तापमान समान हो जाए; जब सोल्डर पिघल जाए, तो तापमान को तेज़ी से ब्रेज़िंग तापमान तक बढ़ाया जाना चाहिए, और होल्डिंग समय 3 ~ 5 मिनट होना चाहिए; ठंडा करने के दौरान, इसे 700 ℃ से पहले धीरे-धीरे ठंडा किया जाना चाहिए, और 700 ℃ के बाद इसे भट्ठी के साथ स्वाभाविक रूप से ठंडा किया जा सकता है।

जब Ti Cu सक्रिय सोल्डर को सीधे ब्रेज़ किया जाता है, तो सोल्डर का रूप Cu फ़ॉइल और Ti पाउडर या Cu भागों और Ti फ़ॉइल हो सकता है, या सिरेमिक सतह को Ti पाउडर और Cu फ़ॉइल से लेपित किया जा सकता है। ब्रेज़िंग से पहले, सभी धातु भागों को वैक्यूम द्वारा डीगैस किया जाएगा। ऑक्सीजन मुक्त तांबे का डीगैसिंग तापमान 750 ~ 800 ℃ होना चाहिए, और Ti, Nb, Ta, आदि को 15 मिनट के लिए 900 ℃ पर डीगैस किया जाएगा। इस समय, वैक्यूम डिग्री 6.7 × 10-3Pa से कम नहीं होनी चाहिए। ब्रेज़िंग के दौरान, वेल्ड किए जाने वाले घटकों को फिक्सचर में इकट्ठा करें, उन्हें वैक्यूम भट्टी में 900 ~ 1120 ℃ तक गर्म करें, और होल्डिंग समय 2 ~ 5 मिनट है। पूरी ब्रेज़िंग प्रक्रिया के दौरान, वैक्यूम डिग्री 6.7 × 10-3Pa से कम नहीं होनी चाहिए।

Ti Ni विधि की टांकने की प्रक्रिया Ti Cu विधि के समान है, और टांकने का तापमान 900 ± 10 ℃ है।

(3) ऑक्साइड ब्रेज़िंग विधि ऑक्साइड ब्रेज़िंग विधि ऑक्साइड सोल्डर के पिघलने से बने ग्लास चरण का उपयोग करके सिरेमिक में घुसपैठ करके और धातु की सतह को गीला करके विश्वसनीय कनेक्शन प्राप्त करने की एक विधि है। यह सिरेमिक को सिरेमिक से और सिरेमिक को धातुओं से जोड़ सकता है। ऑक्साइड ब्रेज़िंग फिलर धातुएँ मुख्य रूप से Al2O3, Cao, Bao और MgO से बनी होती हैं। B2O3, Y2O3 और ta2o3 को मिलाकर, विभिन्न गलनांक और रैखिक प्रसार गुणांक वाली ब्रेज़िंग फिलर धातुएँ प्राप्त की जा सकती हैं। इसके अलावा, CaF2 और NaF को मुख्य घटक के रूप में फ्लोराइड ब्रेज़िंग फिलर धातुओं का उपयोग सिरेमिक और धातुओं को जोड़ने के लिए भी किया जा सकता है ताकि उच्च शक्ति और उच्च ताप प्रतिरोध वाले जोड़ प्राप्त किए जा सकें।