सिरॅमिक्स आणि धातूंचे ब्रेझिंग

१. ब्रेझ करण्याची क्षमता

सिरॅमिक आणि सिरॅमिक, तसेच सिरॅमिक आणि धातूचे घटक एकत्र जोडणे (ब्रेझिंग) कठीण असते. बहुतेक सोल्डर सिरॅमिकच्या पृष्ठभागावर गोळा तयार करतो आणि तो पृष्ठभागावर फारसा किंवा अजिबात ओलावा देत नाही. सिरॅमिकवर ओलावा देऊ शकणाऱ्या ब्रेझिंग फिलर मेटलमुळे, ब्रेझिंग दरम्यान जोडाच्या इंटरफेसवर विविध ठिसूळ संयुगे (जसे की कार्बाइड, सिलिसाइड आणि त्रिसंयुजी किंवा बहुसंयुजी संयुगे) सहजपणे तयार होतात. या संयुगांच्या अस्तित्वामुळे जोडाच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर परिणाम होतो. याव्यतिरिक्त, सिरॅमिक, धातू आणि सोल्डर यांच्या औष्णिक प्रसरण गुणांकांमधील मोठ्या फरकामुळे, ब्रेझिंगचे तापमान सामान्य तापमानापर्यंत थंड झाल्यावर जोडामध्ये अवशिष्ट ताण निर्माण होतो, ज्यामुळे जोडाला तडे जाऊ शकतात.

सामान्य सोल्डरमध्ये सक्रिय धातू घटक मिसळून सिरॅमिक पृष्ठभागावरील सोल्डरची ओलावा शोषण्याची क्षमता सुधारता येते; कमी तापमानात आणि कमी वेळेत ब्रेझिंग केल्याने आंतरपृष्ठ अभिक्रियेचा प्रभाव कमी होऊ शकतो; योग्य जोड आकार तयार करून आणि मध्यस्थ थर म्हणून एक किंवा बहु-स्तरीय धातूचा वापर करून जोडावरील औष्णिक ताण कमी करता येतो.

२. सोल्डर

सिरॅमिक आणि धातू सामान्यतः व्हॅक्यूम फर्नेस किंवा हायड्रोजन आणि आर्गॉन फर्नेसमध्ये जोडले जातात. सामान्य वैशिष्ट्यांव्यतिरिक्त, व्हॅक्यूम इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी वापरल्या जाणाऱ्या ब्रेझिंग फिलर धातूंसाठी काही विशेष आवश्यकता देखील असाव्यात. उदाहरणार्थ, सोल्डरमध्ये उच्च बाष्प दाब निर्माण करणारे घटक नसावेत, जेणेकरून उपकरणांमध्ये डायलेक्ट्रिक गळती आणि कॅथोड पॉइझनिंग होऊ नये. सामान्यतः असे नमूद केले जाते की, जेव्हा उपकरण कार्यरत असेल, तेव्हा सोल्डरचा बाष्प दाब 10-3pa पेक्षा जास्त नसावा आणि त्यात असलेल्या उच्च बाष्प दाब अशुद्धींचे प्रमाण 0.002% ~ 0.005% पेक्षा जास्त नसावे; सोल्डरमधील w(o) चे प्रमाण 0.001% पेक्षा जास्त नसावे, जेणेकरून हायड्रोजनमध्ये ब्रेझिंग करताना निर्माण होणारी पाण्याची वाफ टाळता येईल, ज्यामुळे वितळलेल्या सोल्डर धातूचे शिंतोडे उडू शकतात; याव्यतिरिक्त, सोल्डर स्वच्छ आणि पृष्ठभागावरील ऑक्साईडपासून मुक्त असणे आवश्यक आहे.

सिरेमिक मेटलायझेशननंतर ब्रेझिंग करताना, तांबे, बेस, सिल्व्हर कॉपर, गोल्ड कॉपर आणि इतर मिश्रधातूंचे ब्रेझिंग फिलर धातू वापरले जाऊ शकतात.

सिरॅमिक्स आणि धातूंच्या थेट ब्रेझिंगसाठी, Ti आणि Zr हे सक्रिय घटक असलेले ब्रेझिंग फिलर धातू निवडले पाहिजेत. बायनरी फिलर धातू प्रामुख्याने Ti Cu आणि Ti Ni आहेत, जे 1100 ℃ तापमानावर वापरले जाऊ शकतात. टर्नरी सोल्डरमध्ये, Ag Cu Ti (W) (TI) हा सर्वात सामान्यपणे वापरला जाणारा सोल्डर आहे, जो विविध सिरॅमिक्स आणि धातूंच्या थेट ब्रेझिंगसाठी वापरला जाऊ शकतो. टर्नरी फिलर धातू फॉइल, पावडर किंवा Ti पावडरसह Ag Cu युटेक्टिक फिलर धातू म्हणून वापरला जाऊ शकतो. B-ti49be2 ब्रेझिंग फिलर धातूमध्ये स्टेनलेस स्टीलसारखाच गंज-प्रतिरोध आणि कमी बाष्प दाब असतो. ऑक्सिडेशन आणि गळती-प्रतिरोध असलेल्या व्हॅक्यूम सीलिंग जॉइंट्समध्ये याची प्राधान्याने निवड केली जाऊ शकते. ti-v-cr सोल्डरमध्ये, जेव्हा w (V) 30% असतो तेव्हा वितळण तापमान सर्वात कमी (1620 ℃) ​​असते आणि Cr च्या मिश्रणामुळे वितळण तापमानाची श्रेणी प्रभावीपणे कमी करता येते. ॲल्युमिना आणि मॅग्नेशियम ऑक्साईडच्या थेट ब्रेझिंगसाठी Cr विरहित B-ti47.5ta5 सोल्डर वापरण्यात आला आहे, आणि त्याचा जोड १००० ℃ च्या वातावरणीय तापमानात काम करू शकतो. तक्ता १४ मध्ये सिरॅमिक आणि धातू यांच्यातील थेट जोडणीसाठी सक्रिय फ्लक्स दर्शविला आहे.

तक्ता १४ सिरॅमिक आणि मेटल ब्रेझिंगसाठी सक्रिय ब्रेझिंग फिलर धातू

२. ब्रेझिंग तंत्रज्ञान

पूर्व-मेटलायझेशन केलेल्या सिरॅमिक्सचे ब्रेझिंग उच्च-शुद्ध निष्क्रिय वायू, हायड्रोजन किंवा व्हॅक्यूम वातावरणात केले जाऊ शकते. व्हॅक्यूम ब्रेझिंगचा वापर सामान्यतः मेटलायझेशनशिवाय सिरॅमिक्सच्या थेट ब्रेझिंगसाठी केला जातो.

(1) युनिव्हर्सल ब्रेझिंग प्रक्रिया: सिरॅमिक आणि धातूच्या युनिव्हर्सल ब्रेझिंग प्रक्रियेचे सात प्रक्रियांमध्ये विभाजन केले जाऊ शकते: पृष्ठभाग स्वच्छता, पेस्ट कोटिंग, सिरॅमिक पृष्ठभागाचे धातूकरण, निकेल प्लेटिंग, ब्रेझिंग आणि वेल्डनंतरची तपासणी.

पृष्ठभाग स्वच्छ करण्याचा उद्देश मूळ धातूच्या पृष्ठभागावरील तेलाचे डाग, घामाचे डाग आणि ऑक्साईडचा थर काढून टाकणे हा आहे. धातूचे भाग आणि सोल्डर प्रथम ग्रीसमुक्त केले पाहिजेत, त्यानंतर ॲसिड किंवा अल्कलीने धुवून ऑक्साईडचा थर काढून टाकला पाहिजे, वाहत्या पाण्याने धुतले पाहिजे आणि वाळवले पाहिजे. उच्च आवश्यकता असलेल्या भागांचा पृष्ठभाग शुद्ध करण्यासाठी, व्हॅक्यूम फर्नेस किंवा हायड्रोजन फर्नेसमध्ये (आयन बॉम्बार्डमेंट पद्धत देखील वापरली जाऊ शकते) योग्य तापमान आणि वेळेसाठी उष्णता उपचार (हीट ट्रीटमेंट) केले पाहिजेत. स्वच्छ केलेल्या भागांचा तेलकट वस्तूंशी किंवा उघड्या हातांशी संपर्क येऊ नये. ते त्वरित पुढील प्रक्रियेसाठी किंवा ड्रायरमध्ये ठेवले पाहिजेत. ते जास्त वेळ हवेच्या संपर्कात येऊ नयेत. सिरॅमिकचे भाग ॲसिटोन आणि अल्ट्रासोनिकने स्वच्छ केले पाहिजेत, वाहत्या पाण्याने धुतले पाहिजेत आणि शेवटी प्रत्येक वेळी १५ मिनिटांसाठी दोनदा डीआयनाइज्ड पाण्याने उकळले पाहिजेत.

पेस्ट कोटिंग ही सिरॅमिक मेटलायझेशनची एक महत्त्वाची प्रक्रिया आहे. कोटिंग करताना, मेटलायझेशन करायच्या सिरॅमिक पृष्ठभागावर ब्रश किंवा पेस्ट कोटिंग मशीनच्या साहाय्याने लेप लावला जातो. कोटिंगची जाडी साधारणपणे ३० ते ६० मिमी असते. ही पेस्ट साधारणपणे १ ते ५ मायक्रॉन कणांच्या आकाराची शुद्ध धातूची पावडर (कधीकधी त्यात योग्य प्रमाणात धातू ऑक्साईड मिसळले जाते) आणि सेंद्रिय चिकट पदार्थापासून तयार केली जाते.

पेस्ट लावलेले सिरॅमिक भाग हायड्रोजन फर्नेसमध्ये पाठवले जातात आणि ओल्या हायड्रोजन किंवा क्रॅक्ड अमोनियासह १३०० ~ १५०० ℃ तापमानावर ३० ~ ६० मिनिटांसाठी सिंटर केले जातात. हायड्राइड्सचा लेप असलेल्या सिरॅमिक भागांना सुमारे ९०० ℃ पर्यंत गरम केले जाते, जेणेकरून हायड्राइड्सचे विघटन होऊन सिरॅमिक पृष्ठभागावर राहिलेल्या शुद्ध धातू किंवा टायटॅनियम (किंवा झिरकोनियम) सोबत त्यांची अभिक्रिया होऊन धातूचा लेप प्राप्त होईल.

Mo Mn मेटॅलाइज्ड लेयरला सोल्डरसोबत ओले करण्यासाठी, १.४ ~ ५ मायक्रॉन जाडीचा निकेलचा थर इलेक्ट्रोप्लेट करणे किंवा निकेल पावडरचा थर चढवणे आवश्यक आहे. जर ब्रेझिंगचे तापमान १००० ℃ पेक्षा कमी असेल, तर निकेलच्या थराला हायड्रोजन फर्नेसमध्ये प्री-सिंटर करणे आवश्यक आहे. सिंटरिंगचे तापमान आणि वेळ १००० ℃ / १५ ~ २० मिनिटे आहे.

प्रक्रिया केलेले सिरेमिक्स हे धातूचे भाग आहेत, जे स्टेनलेस स्टील किंवा ग्राफाइट आणि सिरेमिकच्या साच्यांच्या साहाय्याने एकत्र जोडून एकसंध बनवले जातील. जोडांवर सोल्डर लावावा, आणि संपूर्ण प्रक्रियेदरम्यान वर्कपीस स्वच्छ ठेवावा व त्याला उघड्या हातांनी स्पर्श करू नये.

ब्रेझिंग आर्गॉन, हायड्रोजन किंवा व्हॅक्यूम फर्नेसमध्ये केले जाईल. ब्रेझिंगचे तापमान ब्रेझिंग फिलर मेटलवर अवलंबून असते. सिरॅमिक भागांना तडे जाणे टाळण्यासाठी, थंड होण्याचा दर खूप जलद नसावा. याव्यतिरिक्त, ब्रेझिंगवर एक विशिष्ट दाब (सुमारे ०.४९ ~ ०.९८ एमपीए) देखील लागू केला जाऊ शकतो.

पृष्ठभागाच्या गुणवत्ता तपासणीव्यतिरिक्त, ब्रेझ केलेल्या वेल्डमेंट्सची औष्णिक धक्का आणि यांत्रिक गुणधर्मांची तपासणी देखील केली जाईल. व्हॅक्यूम उपकरणांच्या सीलिंग भागांची संबंधित नियमांनुसार गळती चाचणी देखील करणे आवश्यक आहे.

(२) थेट ब्रेझिंग करताना (सक्रिय धातू पद्धत), प्रथम सिरॅमिक आणि धातूच्या वेल्डमेंट्सचा पृष्ठभाग स्वच्छ करून त्यांना एकत्र जोडावे. घटकांच्या पदार्थांच्या वेगवेगळ्या औष्णिक प्रसरण गुणांकांमुळे निर्माण होणारे तडे टाळण्यासाठी, वेल्डमेंट्सच्या मध्ये बफर थर (धातूच्या पत्र्यांचे एक किंवा अधिक थर) फिरवला जाऊ शकतो. ब्रेझिंग फिलर मेटल शक्यतोवर दोन वेल्डमेंट्सच्या मध्ये दाबून धरावे किंवा जिथे फट ब्रेझिंग फिलर मेटलने भरली जाते त्या ठिकाणी ठेवावे, आणि नंतर सामान्य व्हॅक्यूम ब्रेझिंगप्रमाणे ब्रेझिंग करावे.

जर थेट ब्रेझिंगसाठी Ag Cu Ti सोल्डर वापरायचे असेल, तर व्हॅक्यूम ब्रेझिंग पद्धत अवलंबली पाहिजे. जेव्हा भट्टीमधील व्हॅक्यूमची पातळी २.७ × १०⁻³ पास्कलवर पोहोचते, तेव्हा तापवणे सुरू करा आणि यावेळी तापमान वेगाने वाढवता येते; जेव्हा तापमान सोल्डरच्या वितळणबिंदूच्या जवळ पोहोचते, तेव्हा वेल्डमेंटच्या सर्व भागांचे तापमान समान होण्यासाठी तापमान हळूहळू वाढवले ​​पाहिजे; जेव्हा सोल्डर वितळतो, तेव्हा तापमान वेगाने ब्रेझिंग तापमानापर्यंत वाढवले ​​पाहिजे आणि थांबण्याचा वेळ ३ ते ५ मिनिटे असावा; थंड करताना, ७००°C च्या आधी ते हळूहळू थंड केले पाहिजे आणि ७००°C नंतर ते भट्टीसोबत नैसर्गिकरित्या थंड केले जाऊ शकते.

जेव्हा Ti Cu ॲक्टिव्ह सोल्डरने थेट ब्रेझिंग केले जाते, तेव्हा सोल्डरचे स्वरूप Cu फॉइल अधिक Ti पावडर किंवा Cu भाग अधिक Ti फॉइल असू शकते, किंवा सिरॅमिक पृष्ठभागावर Ti पावडर अधिक Cu फॉइलचा लेप दिला जाऊ शकतो. ब्रेझिंग करण्यापूर्वी, सर्व धातूचे भाग व्हॅक्यूमद्वारे डीगॅस केले पाहिजेत. ऑक्सिजन-मुक्त तांब्यासाठी डीगॅसिंग तापमान ७५० ~ ८०० ℃ असेल, आणि Ti, Nb, Ta, इत्यादींना ९०० ℃ तापमानावर १५ मिनिटांसाठी डीगॅस केले जाईल. यावेळी, व्हॅक्यूमची पातळी ६.७ × १०⁻³ Pa पेक्षा कमी नसावी. ब्रेझिंग दरम्यान, वेल्ड करायचे घटक फिक्स्चरमध्ये एकत्र करा, त्यांना व्हॅक्यूम फर्नेसमध्ये ९०० ~ ११२० ℃ पर्यंत गरम करा आणि होल्डिंग वेळ २ ~ ५ मिनिटे असेल. संपूर्ण ब्रेझिंग प्रक्रियेदरम्यान, व्हॅक्यूमची पातळी ६.७ × १०⁻³ Pa पेक्षा कमी नसावी.

Ti Ni पद्धतीची ब्रेझिंग प्रक्रिया Ti Cu पद्धतीसारखीच असते आणि ब्रेझिंग तापमान 900 ± 10 ℃ असते.

(3) ऑक्साइड ब्रेझिंग पद्धत ही एक अशी पद्धत आहे, ज्यामध्ये ऑक्साइड सोल्डर वितळल्याने तयार झालेला काच-प्रावस्था (ग्लास फेज) सिरॅमिक्समध्ये शिरकाव करून धातूच्या पृष्ठभागाला ओला करतो आणि त्याद्वारे एक विश्वसनीय जोडणी साधली जाते. या पद्धतीने सिरॅमिक्सला सिरॅमिक्सशी आणि सिरॅमिक्सला धातूंशी जोडता येते. ऑक्साइड ब्रेझिंगसाठी वापरले जाणारे पूरक धातू (फिलर मेटल्स) प्रामुख्याने Al2O3, CaO, BaO आणि MgO पासून बनलेले असतात. B2O3, Y2O3 आणि Ta2O3 मिसळून, विविध वितळणबिंदू आणि रेषीय प्रसरण गुणांक असलेले ब्रेझिंग पूरक धातू मिळवता येतात. याव्यतिरिक्त, CaF2 आणि NaF हे मुख्य घटक असलेले फ्लोराइड ब्रेझिंग पूरक धातू देखील सिरॅमिक्स आणि धातूंना जोडण्यासाठी वापरले जाऊ शकतात, ज्यामुळे उच्च शक्ती आणि उच्च उष्णता प्रतिरोधकता असलेले जोड मिळतात.