सिरेमिक और धातुओं की ब्रेज़िंग

1. ब्रेज़ेबिलिटी

सिरेमिक और सिरेमिक, तथा सिरेमिक और धातु के घटकों को सोल्डर करना कठिन होता है। अधिकांश सोल्डर सिरेमिक सतह पर एक गेंद के आकार में जमा हो जाता है, जिससे सतह पर नमी का स्तर बहुत कम या न के बराबर होता है। सोल्डर में इस्तेमाल होने वाली फिलर धातु जो सिरेमिक को गीला कर सकती है, सोल्डर करने के दौरान जोड़ के इंटरफ़ेस पर कई प्रकार के भंगुर यौगिक (जैसे कार्बाइड, सिलिसाइड और त्रिगुणीय या बहुगुणीय यौगिक) बना सकती है। इन यौगिकों की उपस्थिति जोड़ के यांत्रिक गुणों को प्रभावित करती है। इसके अलावा, सिरेमिक, धातु और सोल्डर के तापीय विस्तार गुणांकों में बड़े अंतर के कारण, सोल्डर करने के बाद जब तापमान कमरे के तापमान तक ठंडा हो जाता है, तो जोड़ में अवशिष्ट तनाव उत्पन्न हो जाता है, जिससे जोड़ में दरार पड़ सकती है।

सामान्य सोल्डर में सक्रिय धातु तत्व मिलाकर सिरेमिक सतह पर सोल्डर की गीलापन क्षमता को बेहतर बनाया जा सकता है; कम तापमान और कम समय में ब्रेज़िंग करने से इंटरफ़ेस प्रतिक्रिया का प्रभाव कम हो जाता है; उपयुक्त जोड़ का आकार बनाकर और मध्यवर्ती परत के रूप में एकल या बहु-परत धातु का उपयोग करके जोड़ के तापीय तनाव को कम किया जा सकता है।

2. सोल्डर

सिरेमिक और धातु को आमतौर पर वैक्यूम फर्नेस या हाइड्रोजन और आर्गन फर्नेस में जोड़ा जाता है। सामान्य विशेषताओं के अलावा, वैक्यूम इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए ब्रेज़िंग फिलर धातुओं की कुछ विशेष आवश्यकताएं भी होती हैं। उदाहरण के लिए, सोल्डर में उच्च वाष्प दाब उत्पन्न करने वाले तत्व नहीं होने चाहिए, ताकि उपकरणों में डाइइलेक्ट्रिक रिसाव और कैथोड विषाक्तता न हो। आमतौर पर यह निर्धारित किया जाता है कि उपकरण के काम करते समय, सोल्डर का वाष्प दाब 10⁻³pa ​​से अधिक नहीं होना चाहिए, और इसमें मौजूद उच्च वाष्प दाब वाली अशुद्धियाँ 0.002% से 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 पिघले हुए सोल्डर धातु के छींटे पड़ सकते हैं; इसके अलावा, सोल्डर साफ और सतह ऑक्साइड से मुक्त होना चाहिए।

सिरेमिक धातुकरण के बाद ब्रेज़िंग करते समय, तांबा, आधार धातु, चांदी का तांबा, सोने का तांबा और अन्य मिश्र धातु ब्रेज़िंग फिलर धातुओं का उपयोग किया जा सकता है।

सिरेमिक और धातुओं की सीधी ब्रेज़िंग के लिए, सक्रिय तत्व Ti और Zr युक्त ब्रेज़िंग फिलर धातुओं का चयन किया जाना चाहिए। बाइनरी फिलर धातुएँ 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 उपयोग किया जाने वाला सोल्डर है, जिसका उपयोग विभिन्न सिरेमिक और धातुओं की सीधी ब्रेज़िंग के लिए किया जा सकता है। टर्नरी फिलर धातु के रूप में फॉइल, पाउडर या Ti पाउडर के साथ Ag Cu यूटेक्टिक फिलर धातु का उपयोग किया जा सकता है। B-ti49be2 ब्रेज़िंग फिलर धातु में स्टेनलेस स्टील के समान संक्षारण प्रतिरोध और कम वाष्प दाब होता है। ऑक्सीकरण और रिसाव प्रतिरोध के साथ वैक्यूम सीलिंग जोड़ों में इसे प्राथमिकता से चुना जा सकता है। Ti-V-Cr सोल्डर में, W (V) 30% होने पर गलनांक सबसे कम (1620 ℃) ​​होता है, और Cr मिलाने से गलनांक सीमा को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है। एल्यूमिना और मैग्नीशियम ऑक्साइड की सीधी ब्रेज़िंग के लिए क्रोमियम रहित बी-टीआई47.5टीए5 सोल्डर का उपयोग किया गया है, और इसका जोड़ 1000 ℃ के परिवेश तापमान पर काम कर सकता है। तालिका 14 सिरेमिक और धातु के बीच सीधे कनेक्शन के लिए सक्रिय फ्लक्स दर्शाती है।

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

2. ब्रेज़िंग तकनीक

प्री-मेटलाइज़्ड सिरेमिक को उच्च शुद्धता वाली अक्रिय गैस, हाइड्रोजन या निर्वात वातावरण में ब्रेज़ किया जा सकता है। निर्वात ब्रेज़िंग का उपयोग आमतौर पर बिना मेटलाइज़ेशन वाले सिरेमिक की सीधी ब्रेज़िंग के लिए किया जाता है।

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

सतह की सफाई का उद्देश्य धातु की सतह पर लगे तेल के दाग, पसीने के दाग और ऑक्साइड परत को हटाना है। धातु के पुर्जों और सोल्डर को पहले चिकनाई रहित किया जाता है, फिर एसिड या क्षार से धोकर ऑक्साइड परत को हटाया जाता है, बहते पानी से धोया जाता है और सुखाया जाता है। उच्च गुणवत्ता वाले पुर्जों को उचित तापमान और समय पर वैक्यूम फर्नेस या हाइड्रोजन फर्नेस (आयन बमबारी विधि का भी उपयोग किया जा सकता है) में गर्म करके उनकी सतह को शुद्ध किया जाता है। साफ किए गए पुर्जों को चिकनाई वाली वस्तुओं या नंगे हाथों के संपर्क में नहीं आने देना चाहिए। उन्हें तुरंत अगली प्रक्रिया या ड्रायर में डाल देना चाहिए। उन्हें लंबे समय तक हवा के संपर्क में नहीं रखना चाहिए। सिरेमिक पुर्जों को एसीटोन और अल्ट्रासोनिक से साफ किया जाता है, बहते पानी से धोया जाता है, और अंत में प्रत्येक बार 15 मिनट के लिए दो बार डीआयनीकृत पानी में उबाला जाता है।

पेस्ट कोटिंग सिरेमिक मेटलाइज़ेशन की एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है। कोटिंग के दौरान, इसे ब्रश या पेस्ट कोटिंग मशीन की सहायता से मेटलाइज़ की जाने वाली सिरेमिक सतह पर लगाया जाता है। कोटिंग की मोटाई आमतौर पर 30 से 60 मिमी होती है। पेस्ट आमतौर पर लगभग 1 से 5 माइक्रोमीटर आकार के शुद्ध धातु पाउडर (कभी-कभी इसमें उपयुक्त धातु ऑक्साइड मिलाया जाता है) और कार्बनिक चिपकने वाले पदार्थ से तैयार किया जाता है।

पेस्ट किए गए सिरेमिक भागों को हाइड्रोजन भट्टी में भेजा जाता है और 1300 से 1500 ℃ तापमान पर 30 से 60 मिनट के लिए गीले हाइड्रोजन या क्रैक्ड अमोनिया के साथ सिंटर किया जाता है। हाइड्राइड से लेपित सिरेमिक भागों के लिए, हाइड्राइड को विघटित करने और सिरेमिक सतह पर शेष शुद्ध धातु या टाइटेनियम (या ज़िरकोनियम) के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए उन्हें लगभग 900 ℃ तक गर्म किया जाता है, जिससे सिरेमिक सतह पर धातु की परत प्राप्त होती है।

Mo Mn धातुयुक्त परत के लिए, सोल्डर के साथ इसे गीला करने के लिए, 1.4 ~ 5um की निकल परत को इलेक्ट्रोप्लेट करना या निकल पाउडर की परत चढ़ाना आवश्यक है। यदि ब्रेज़िंग तापमान 1000 ℃ से कम है, तो निकल परत को हाइड्रोजन भट्टी में पूर्व-सिंटर करना आवश्यक है। सिंटरिंग तापमान और समय 1000 ℃ / 15 ~ 20 मिनट है।

उपचारित सिरेमिक धातु के पुर्जे होते हैं, जिन्हें स्टेनलेस स्टील या ग्रेफाइट और सिरेमिक के सांचों का उपयोग करके एक पूर्ण इकाई में संयोजित किया जाता है। जोड़ों पर सोल्डर लगाया जाता है, और कार्यविधि को पूरी प्रक्रिया के दौरान साफ ​​रखा जाता है, तथा इसे नंगे हाथों से नहीं छुआ जाता है।

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

सतह की गुणवत्ता जांच के अलावा, ब्रेज़्ड वेल्डमेंट की थर्मल शॉक और यांत्रिक गुणों की जांच भी की जानी चाहिए। वैक्यूम उपकरणों के सीलिंग पार्ट्स का रिसाव परीक्षण भी संबंधित नियमों के अनुसार किया जाना चाहिए।

(2) प्रत्यक्ष ब्रेज़िंग (सक्रिय धातु विधि) करते समय, सबसे पहले सिरेमिक और धातु के वेल्डमेंट की सतह को साफ करें और फिर उन्हें जोड़ें। घटक सामग्रियों के अलग-अलग तापीय विस्तार गुणांकों के कारण होने वाली दरारों से बचने के लिए, वेल्डमेंट के बीच बफर परत (धातु की चादरों की एक या अधिक परतें) को बारी-बारी से लगाया जा सकता है। ब्रेज़िंग फिलर धातु को दो वेल्डमेंट के बीच दबाकर रखें या जहाँ तक संभव हो, उस स्थान पर रखें जहाँ ब्रेज़िंग फिलर धातु से गैप भरा जा सके, और फिर सामान्य वैक्यूम ब्रेज़िंग की तरह ब्रेज़िंग करें।

यदि Ag Cu Ti सोल्डर का उपयोग डायरेक्ट ब्रेज़िंग के लिए किया जाता है, तो वैक्यूम ब्रेज़िंग विधि अपनाई जानी चाहिए। जब ​​भट्टी में वैक्यूम का स्तर 2.7 × 10⁻³pa ​​तक पहुँच जाए, तो 10⁻³pa ​​पर गर्म करना शुरू करें, और इस समय तापमान तेजी से बढ़ सकता है; जब तापमान सोल्डर के गलनांक के करीब हो, तो तापमान को धीरे-धीरे बढ़ाएं ताकि वेल्डमेंट के सभी भागों का तापमान लगभग एक समान हो जाए; सोल्डर के पिघल जाने पर, तापमान को तेजी से ब्रेज़िंग तापमान तक बढ़ाएं, और 3 से 5 मिनट तक स्थिर रखें; ठंडा करने के दौरान, 700 ℃ से पहले इसे धीरे-धीरे ठंडा करें, और 700 ℃ के बाद इसे भट्टी के साथ स्वाभाविक रूप से ठंडा होने दें।

जब Ti Cu सक्रिय सोल्डर को सीधे ब्रेज़ किया जाता है, तो सोल्डर का रूप Cu पन्नी और Ti पाउडर का मिश्रण हो सकता है, या Cu के पुर्जों और Ti पन्नी का मिश्रण हो सकता है, या सिरेमिक सतह पर Ti पाउडर और Cu पन्नी की परत चढ़ाई जा सकती है। ब्रेज़िंग से पहले, सभी धातु के पुर्जों को वैक्यूम द्वारा डीगैस किया जाना चाहिए। ऑक्सीजन रहित तांबे के लिए डीगैसिंग तापमान 750 ~ 800 ℃ होना चाहिए, और Ti, Nb, Ta, आदि के लिए 900 ℃ पर 15 मिनट के लिए डीगैसिंग की जानी चाहिए। इस समय, वैक्यूम का दबाव 6.7 × 10⁻³ Pa से कम नहीं होना चाहिए। ब्रेज़िंग के दौरान, वेल्ड किए जाने वाले घटकों को फिक्स्चर में इकट्ठा करें, उन्हें वैक्यूम फर्नेस में 900 ~ 1120 ℃ तक गर्म करें, और तापमान को 2 ~ 5 मिनट तक स्थिर रखें। पूरी ब्रेज़िंग प्रक्रिया के दौरान, वैक्यूम का दबाव 6.7 × 10⁻³ Pa से कम नहीं होना 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 एक ऐसी विधि है जिसके द्वारा ऑक्साइड सोल्डर के पिघलने से निर्मित कांच के चरण को सिरेमिक में प्रवेश कराकर और धातु की सतह को गीला करके विश्वसनीय जुड़ाव प्राप्त किया जाता है। यह सिरेमिक को सिरेमिक से और सिरेमिक को धातुओं से जोड़ सकती 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 विस्तार गुणांक वाली ब्रेज़िंग फिलर धातुएँ प्राप्त की जा सकती हैं। इसके अतिरिक्त, CaF2 और NaF को मुख्य घटक के रूप में उपयोग करके फ्लोराइड ब्रेज़िंग फिलर धातुओं का उपयोग भी सिरेमिक और धातुओं को जोड़ने के लिए किया जा सकता है, जिससे उच्च शक्ति और उच्च ताप प्रतिरोध वाले जोड़ प्राप्त होते हैं।