સિરામિક્સ અને ધાતુઓનું બ્રેઝિંગ

૧. બ્રેઝીબિલિટી

સિરામિક અને સિરામિક, સિરામિક અને ધાતુના ઘટકોને બ્રેઝ કરવું મુશ્કેલ છે. મોટાભાગના સોલ્ડર સિરામિક સપાટી પર એક બોલ બનાવે છે, જેમાં થોડું કે બિલકુલ ભીનું થતું નથી. બ્રેઝિંગ ફિલર મેટલ જે સિરામિક્સને ભીનું કરી શકે છે તે બ્રેઝિંગ દરમિયાન સાંધાના ઇન્ટરફેસ પર વિવિધ પ્રકારના બરડ સંયોજનો (જેમ કે કાર્બાઇડ્સ, સિલિસાઇડ્સ અને ટર્નરી અથવા મલ્ટિવેરિયેટ સંયોજનો) બનાવવાનું સરળ છે. આ સંયોજનોનું અસ્તિત્વ સાંધાના યાંત્રિક ગુણધર્મોને અસર કરે છે. વધુમાં, સિરામિક, ધાતુ અને સોલ્ડરમાં થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંકના મોટા તફાવતને કારણે, બ્રેઝિંગ તાપમાનને ઓરડાના તાપમાને ઠંડુ કર્યા પછી સાંધામાં અવશેષ તણાવ રહેશે, જે સાંધામાં તિરાડનું કારણ બની શકે છે.

સામાન્ય સોલ્ડરમાં સક્રિય ધાતુ તત્વો ઉમેરીને સિરામિક સપાટી પર સોલ્ડરની ભીનાશ સુધારી શકાય છે; નીચા તાપમાન અને ટૂંકા સમય માટે બ્રેઝિંગ ઇન્ટરફેસ પ્રતિક્રિયાની અસર ઘટાડી શકે છે; યોગ્ય સંયુક્ત સ્વરૂપ ડિઝાઇન કરીને અને મધ્યવર્તી સ્તર તરીકે સિંગલ અથવા મલ્ટિ-લેયર મેટલનો ઉપયોગ કરીને સાંધાના થર્મલ તણાવને ઘટાડી શકાય છે.

2. સોલ્ડર

સિરામિક અને ધાતુ સામાન્ય રીતે વેક્યુમ ફર્નેસ અથવા હાઇડ્રોજન અને આર્ગોન ફર્નેસમાં જોડાયેલા હોય છે. સામાન્ય લાક્ષણિકતાઓ ઉપરાંત, વેક્યુમ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો માટે બ્રેઝિંગ ફિલર ધાતુઓની પણ કેટલીક ખાસ આવશ્યકતાઓ હોવી જોઈએ. ઉદાહરણ તરીકે, સોલ્ડરમાં એવા તત્વો ન હોવા જોઈએ જે ઉચ્ચ વરાળ દબાણ ઉત્પન્ન કરે છે, જેથી ઉપકરણોમાં ડાઇલેક્ટ્રિક લિકેજ અને કેથોડ ઝેર ન થાય. સામાન્ય રીતે તે સ્પષ્ટ કરવામાં આવે છે કે જ્યારે ઉપકરણ કાર્ય કરી રહ્યું હોય, ત્યારે સોલ્ડરનું વરાળ દબાણ 10-3pa થી વધુ ન હોવું જોઈએ, અને તેમાં રહેલી ઉચ્ચ વરાળ દબાણની અશુદ્ધિઓ 0.002% ~ 0.005% થી વધુ ન હોવી જોઈએ; સોલ્ડરનું w (o) 0.001% થી વધુ ન હોવું જોઈએ, જેથી હાઇડ્રોજનમાં બ્રેઝિંગ દરમિયાન ઉત્પન્ન થતી પાણીની વરાળ ટાળી શકાય, જે પીગળેલા સોલ્ડર ધાતુના છાંટા પડવાનું કારણ બની શકે છે; વધુમાં, સોલ્ડર સ્વચ્છ અને સપાટી ઓક્સાઇડથી મુક્ત હોવું જોઈએ.

સિરામિક મેટલાઇઝેશન પછી બ્રેઝિંગ કરતી વખતે, તાંબુ, આધાર, ચાંદીનો તાંબુ, સોનાનો તાંબુ અને અન્ય એલોય બ્રેઝિંગ ફિલર ધાતુઓનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.

સિરામિક્સ અને ધાતુઓના સીધા બ્રેઝિંગ માટે, સક્રિય તત્વો Ti અને Zr ધરાવતી બ્રેઝિંગ ફિલર ધાતુઓ પસંદ કરવામાં આવશે. દ્વિસંગી ફિલર ધાતુઓ મુખ્યત્વે Ti Cu અને Ti Ni છે, જેનો ઉપયોગ 1100 ℃ પર થઈ શકે છે. ટર્નરી સોલ્ડરમાં, Ag Cu Ti (W) (TI) સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતું સોલ્ડર છે, જેનો ઉપયોગ વિવિધ સિરામિક્સ અને ધાતુઓના સીધા બ્રેઝિંગ માટે થઈ શકે છે. ટર્નરી ફિલર ધાતુનો ઉપયોગ ફોઇલ, પાવડર અથવા Ti પાવડર સાથે Ag Cu યુટેક્ટીક ફિલર મેટલ દ્વારા કરી શકાય છે. B-ti49be2 બ્રેઝિંગ ફિલર ધાતુમાં સ્ટેનલેસ સ્ટીલ જેવો જ કાટ પ્રતિકાર અને ઓછા વરાળ દબાણ હોય છે. તેને ઓક્સિડેશન અને લિકેજ પ્રતિકાર સાથે વેક્યુમ સીલિંગ સાંધામાં પ્રાધાન્યમાં પસંદ કરી શકાય છે. ti-v-cr સોલ્ડરમાં, w (V) 30% હોય ત્યારે ગલન તાપમાન સૌથી ઓછું (1620 ℃) ​​હોય છે, અને Cr ઉમેરવાથી ગલન તાપમાન શ્રેણી અસરકારક રીતે ઘટાડી શકાય છે. Cr વગરના B-ti47.5ta5 સોલ્ડરનો ઉપયોગ એલ્યુમિના અને મેગ્નેશિયમ ઓક્સાઇડના સીધા બ્રેઝિંગ માટે કરવામાં આવ્યો છે, અને તેનો સાંધા 1000 ℃ ના આસપાસના તાપમાને કામ કરી શકે છે. કોષ્ટક 14 સિરામિક અને ધાતુ વચ્ચે સીધા જોડાણ માટે સક્રિય પ્રવાહ દર્શાવે છે.

કોષ્ટક 14 સિરામિક અને મેટલ બ્રેઝિંગ માટે સક્રિય બ્રેઝિંગ ફિલર ધાતુઓ

2. બ્રેઝિંગ ટેકનોલોજી

પ્રી-મેટલાઇઝ્ડ સિરામિક્સને ઉચ્ચ-શુદ્ધતાવાળા નિષ્ક્રિય ગેસ, હાઇડ્રોજન અથવા વેક્યુમ વાતાવરણમાં બ્રેઝ કરી શકાય છે. વેક્યુમ બ્રેઝિંગનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે મેટલાઇઝેશન વિના સિરામિક્સના સીધા બ્રેઝિંગ માટે થાય છે.

(1) સાર્વત્રિક બ્રેઝિંગ પ્રક્રિયા સિરામિક અને ધાતુની સાર્વત્રિક બ્રેઝિંગ પ્રક્રિયાને સાત પ્રક્રિયાઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: સપાટીની સફાઈ, પેસ્ટ કોટિંગ, સિરામિક સપાટીનું ધાતુકરણ, નિકલ પ્લેટિંગ, બ્રેઝિંગ અને વેલ્ડ પછીનું નિરીક્ષણ.

સપાટીની સફાઈનો હેતુ બેઝ મેટલની સપાટી પરના તેલના ડાઘ, પરસેવાના ડાઘ અને ઓક્સાઇડ ફિલ્મને દૂર કરવાનો છે. ધાતુના ભાગો અને સોલ્ડરને પહેલા ડીગ્રીઝ કરવામાં આવશે, પછી ઓક્સાઇડ ફિલ્મને એસિડ અથવા આલ્કલી ધોવાથી દૂર કરવામાં આવશે, વહેતા પાણીથી ધોવામાં આવશે અને સૂકવવામાં આવશે. ઉચ્ચ આવશ્યકતાઓ ધરાવતા ભાગોને વેક્યૂમ ફર્નેસ અથવા હાઇડ્રોજન ફર્નેસ (આયન બોમ્બાર્ડમેન્ટ પદ્ધતિનો પણ ઉપયોગ કરી શકાય છે) માં યોગ્ય તાપમાન અને સમય પર ભાગોની સપાટીને શુદ્ધ કરવા માટે ગરમીથી સારવાર આપવામાં આવશે. સાફ કરેલા ભાગો ચીકણા પદાર્થો અથવા ખુલ્લા હાથના સંપર્કમાં આવવા જોઈએ નહીં. તેમને તરત જ આગામી પ્રક્રિયામાં અથવા ડ્રાયરમાં મૂકવા જોઈએ. તેમને લાંબા સમય સુધી હવામાં ખુલ્લા રાખવામાં આવશે નહીં. સિરામિક ભાગોને એસીટોન અને અલ્ટ્રાસોનિકથી સાફ કરવામાં આવશે, વહેતા પાણીથી ધોવામાં આવશે, અને અંતે દરેક વખતે 15 મિનિટ માટે ડીયોનાઇઝ્ડ પાણીથી બે વાર ઉકાળવામાં આવશે.

પેસ્ટ કોટિંગ એ સિરામિક મેટલાઇઝેશનની એક મહત્વપૂર્ણ પ્રક્રિયા છે. કોટિંગ દરમિયાન, તેને બ્રશ અથવા પેસ્ટ કોટિંગ મશીન વડે મેટલાઇઝ કરવા માટે સિરામિક સપાટી પર લાગુ કરવામાં આવે છે. કોટિંગની જાડાઈ સામાન્ય રીતે 30 ~ 60mm હોય છે. પેસ્ટ સામાન્ય રીતે શુદ્ધ ધાતુના પાવડર (કેટલીકવાર યોગ્ય મેટલ ઓક્સાઇડ ઉમેરવામાં આવે છે) માંથી તૈયાર કરવામાં આવે છે જેમાં લગભગ 1 ~ 5um ના કણ કદ અને કાર્બનિક એડહેસિવ હોય છે.

પેસ્ટ કરેલા સિરામિક ભાગોને હાઇડ્રોજન ભઠ્ઠીમાં મોકલવામાં આવે છે અને 1300 ~ 1500 ℃ પર 30 ~ 60 મિનિટ માટે ભીના હાઇડ્રોજન અથવા તિરાડ એમોનિયા સાથે સિન્ટર કરવામાં આવે છે. હાઇડ્રાઇડ્સથી કોટેડ સિરામિક ભાગો માટે, હાઇડ્રાઇડ્સનું વિઘટન કરવા માટે તેમને લગભગ 900 ℃ સુધી ગરમ કરવામાં આવશે અને સિરામિક સપાટી પર બાકી રહેલા શુદ્ધ ધાતુ અથવા ટાઇટેનિયમ (અથવા ઝિર્કોનિયમ) સાથે પ્રતિક્રિયા આપીને સિરામિક સપાટી પર ધાતુનું આવરણ મેળવવામાં આવશે.

Mo Mn મેટલાઇઝ્ડ લેયર માટે, સોલ્ડરથી ભીનું કરવા માટે, 1.4 ~ 5um ના નિકલ લેયરને ઇલેક્ટ્રોપ્લેટેડ અથવા નિકલ પાવડરના લેયરથી કોટેડ કરવું આવશ્યક છે. જો બ્રેઝિંગ તાપમાન 1000 ℃ કરતા ઓછું હોય, તો નિકલ લેયરને હાઇડ્રોજન ફર્નેસમાં પહેલાથી સિન્ટર કરવાની જરૂર છે. સિન્ટરિંગ તાપમાન અને સમય 1000 ℃ /15 ~ 20 મિનિટ છે.

ટ્રીટેડ સિરામિક્સ ધાતુના ભાગો છે, જેને સ્ટેનલેસ સ્ટીલ અથવા ગ્રેફાઇટ અને સિરામિક મોલ્ડથી સંપૂર્ણ રીતે એસેમ્બલ કરવામાં આવશે. સાંધા પર સોલ્ડર ઇન્સ્ટોલ કરવામાં આવશે, અને વર્કપીસને સમગ્ર કામગીરી દરમિયાન સ્વચ્છ રાખવામાં આવશે, અને ખુલ્લા હાથે તેને સ્પર્શ કરવામાં આવશે નહીં.

બ્રેઝિંગ આર્ગોન, હાઇડ્રોજન અથવા વેક્યુમ ફર્નેસમાં કરવામાં આવશે. બ્રેઝિંગનું તાપમાન બ્રેઝિંગ ફિલર મેટલ પર આધાર રાખે છે. સિરામિક ભાગોને તિરાડ પડતા અટકાવવા માટે, ઠંડક દર ખૂબ ઝડપી ન હોવો જોઈએ. વધુમાં, બ્રેઝિંગ ચોક્કસ દબાણ (લગભગ 0.49 ~ 0.98mpa) પણ લાગુ કરી શકાય છે.

સપાટીની ગુણવત્તા નિરીક્ષણ ઉપરાંત, બ્રેઝ્ડ વેલ્ડમેન્ટ્સ થર્મલ શોક અને યાંત્રિક મિલકત નિરીક્ષણને પણ આધીન રહેશે. વેક્યુમ ઉપકરણો માટેના સીલિંગ ભાગો પણ સંબંધિત નિયમો અનુસાર લિકેજ પરીક્ષણને આધીન હોવા જોઈએ.

(2) ડાયરેક્ટ બ્રેઝિંગ કરતી વખતે ડાયરેક્ટ બ્રેઝિંગ (સક્રિય ધાતુ પદ્ધતિ), પહેલા સિરામિક અને ધાતુના વેલ્ડમેન્ટની સપાટી સાફ કરો, અને પછી તેમને એસેમ્બલ કરો. ઘટક સામગ્રીના વિવિધ થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંકને કારણે થતી તિરાડો ટાળવા માટે, બફર સ્તર (ધાતુની શીટ્સના એક અથવા વધુ સ્તરો) ને વેલ્ડમેન્ટ વચ્ચે ફેરવી શકાય છે. બ્રેઝિંગ ફિલર મેટલને બે વેલ્ડમેન્ટ વચ્ચે ક્લેમ્પ્ડ કરવું જોઈએ અથવા શક્ય હોય ત્યાં સુધી એવી સ્થિતિમાં મૂકવું જોઈએ જ્યાં ગેપ બ્રેઝિંગ ફિલર મેટલથી ભરેલો હોય, અને પછી બ્રેઝિંગ સામાન્ય વેક્યુમ બ્રેઝિંગની જેમ હાથ ધરવામાં આવશે.

જો Ag Cu Ti સોલ્ડરનો ઉપયોગ ડાયરેક્ટ બ્રેઝિંગ માટે કરવામાં આવે છે, તો વેક્યુમ બ્રેઝિંગ પદ્ધતિ અપનાવવી જોઈએ. જ્યારે ભઠ્ઠીમાં વેક્યુમ ડિગ્રી 2.7 × 10-3pa પર ગરમ થવાનું શરૂ કરો, અને આ સમયે તાપમાન ઝડપથી વધી શકે છે; જ્યારે તાપમાન સોલ્ડરના ગલનબિંદુની નજીક હોય, ત્યારે તાપમાન ધીમે ધીમે વધારવું જોઈએ જેથી વેલ્ડમેન્ટના તમામ ભાગોનું તાપમાન સમાન રહે; જ્યારે સોલ્ડર ઓગળે છે, ત્યારે તાપમાન ઝડપથી બ્રેઝિંગ તાપમાન સુધી વધારવું જોઈએ, અને હોલ્ડિંગ સમય 3 ~ 5 મિનિટ હોવો જોઈએ; ઠંડક દરમિયાન, તેને 700 ℃ પહેલાં ધીમે ધીમે ઠંડુ કરવું જોઈએ, અને તેને 700 ℃ પછી ભઠ્ઠી સાથે કુદરતી રીતે ઠંડુ કરી શકાય છે.

જ્યારે Ti Cu એક્ટિવ સોલ્ડરને સીધું બ્રેઝ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સોલ્ડરનું સ્વરૂપ Cu ફોઇલ પ્લસ Ti પાવડર અથવા Cu ભાગો પ્લસ Ti ફોઇલ હોઈ શકે છે, અથવા સિરામિક સપાટીને Ti પાવડર પ્લસ Cu ફોઇલથી કોટ કરી શકાય છે. બ્રેઝિંગ પહેલાં, બધા ધાતુના ભાગોને વેક્યૂમ દ્વારા ડીગેસ કરવા જોઈએ. ઓક્સિજન મુક્ત કોપરનું ડીગેસિંગ તાપમાન 750 ~ 800 ℃ હોવું જોઈએ, અને Ti, Nb, Ta, વગેરેને 15 મિનિટ માટે 900 ℃ પર ડીગેસ કરવા જોઈએ. આ સમયે, વેક્યૂમ ડિગ્રી 6.7 × 10-3Pa કરતા ઓછી ન હોવી જોઈએ. બ્રેઝિંગ દરમિયાન, ફિક્સ્ચરમાં વેલ્ડિંગ કરવા માટેના ઘટકોને એસેમ્બલ કરો, તેમને વેક્યૂમ ફર્નેસમાં 900 ~ 1120 ℃ સુધી ગરમ કરો, અને હોલ્ડિંગ સમય 2 ~ 5 મિનિટ છે. સમગ્ર બ્રેઝિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન, વેક્યૂમ ડિગ્રી 6.7 × 10-3Pa કરતા ઓછી ન હોવી જોઈએ.

Ti Ni પદ્ધતિની બ્રેઝિંગ પ્રક્રિયા Ti Cu પદ્ધતિ જેવી જ છે, અને બ્રેઝિંગ તાપમાન 900 ± 10 ℃ છે.

(૩) ઓક્સાઇડ બ્રેઝિંગ પદ્ધતિ ઓક્સાઇડ બ્રેઝિંગ પદ્ધતિ એ વિશ્વસનીય જોડાણ પ્રાપ્ત કરવાની એક પદ્ધતિ છે જેમાં ઓક્સાઇડ સોલ્ડરના પીગળવાથી બનેલા ગ્લાસ ફેઝનો ઉપયોગ સિરામિક્સમાં ઘૂસીને ધાતુની સપાટીને ભીની કરી શકાય છે. તે સિરામિક્સને સિરામિક્સ સાથે અને સિરામિક્સને ધાતુઓ સાથે જોડી શકે છે. ઓક્સાઇડ બ્રેઝિંગ ફિલર ધાતુઓ મુખ્યત્વે Al2O3, Cao, Bao અને MgO થી બનેલી હોય છે. B2O3, Y2O3 અને ta2o3 ઉમેરીને, વિવિધ ગલનબિંદુઓ અને રેખીય વિસ્તરણ ગુણાંક સાથે બ્રેઝિંગ ફિલર ધાતુઓ મેળવી શકાય છે. વધુમાં, CaF2 અને NaF મુખ્ય ઘટકો તરીકે ધરાવતી ફ્લોરાઇડ બ્રેઝિંગ ફિલર ધાતુઓનો ઉપયોગ સિરામિક્સ અને ધાતુઓને જોડવા માટે પણ કરી શકાય છે જેથી ઉચ્ચ શક્તિ અને ઉચ્ચ ગરમી પ્રતિકાર સાથે સાંધા મેળવી શકાય.