સિરામિક્સ અને ધાતુઓનું બ્રેઝિંગ

1. બ્રેઝીબિલિટી

સિરામિક અને સિરામિક, સિરામિક અને મેટલ ઘટકોને બ્રેઝ કરવું મુશ્કેલ છે.મોટા ભાગના સોલ્ડર સિરામિક સપાટી પર બોલ બનાવે છે, જેમાં થોડી કે ભીની નથી.બ્રેઝિંગ ફિલર મેટલ કે જે સિરામિક્સને ભીની કરી શકે છે તે બ્રેઝિંગ દરમિયાન સંયુક્ત ઇન્ટરફેસ પર વિવિધ પ્રકારના બરડ સંયોજનો (જેમ કે કાર્બાઇડ્સ, સિલિસાઇડ્સ અને ટર્નરી અથવા મલ્ટિવેરિયેટ સંયોજનો) બનાવવા માટે સરળ છે.આ સંયોજનોનું અસ્તિત્વ સંયુક્તના યાંત્રિક ગુણધર્મોને અસર કરે છે.વધુમાં, સિરામિક, ધાતુ અને સોલ્ડર વચ્ચે થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંકના મોટા તફાવતને કારણે, બ્રેઝિંગ તાપમાનને ઓરડાના તાપમાને ઠંડુ કર્યા પછી સંયુક્તમાં શેષ તણાવ રહેશે, જે સાંધામાં તિરાડનું કારણ બની શકે છે.

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

2. સોલ્ડર

સિરામિક અને મેટલ સામાન્ય રીતે વેક્યૂમ ફર્નેસ અથવા હાઇડ્રોજન અને આર્ગોન ફર્નેસમાં જોડાયેલા હોય છે.સામાન્ય લાક્ષણિકતાઓ ઉપરાંત, વેક્યૂમ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો માટે બ્રેઝિંગ ફિલર મેટલ્સમાં પણ કેટલીક વિશેષ આવશ્યકતાઓ હોવી જોઈએ.ઉદાહરણ તરીકે, સોલ્ડરમાં એવા તત્વો ન હોવા જોઈએ જે ઉચ્ચ વરાળનું દબાણ ઉત્પન્ન કરે છે, જેથી ઉપકરણોના ડાઇલેક્ટ્રિક લિકેજ અને કેથોડ ઝેરનું કારણ ન બને.તે સામાન્ય રીતે સ્પષ્ટ કરવામાં આવે છે કે જ્યારે ઉપકરણ કામ કરી રહ્યું હોય, ત્યારે સોલ્ડરનું વરાળનું દબાણ 10-3pa કરતાં વધુ ન હોવું જોઈએ, અને તેમાં સમાવિષ્ટ ઉચ્ચ વરાળ દબાણની અશુદ્ધિઓ 0.002% ~ 0.005% કરતાં વધુ ન હોવી જોઈએ;સોલ્ડરનો w(o) 0.001% થી વધુ ન હોવો જોઈએ, જેથી હાઇડ્રોજનમાં બ્રેઝિંગ દરમિયાન ઉત્પન્ન થતી પાણીની વરાળને ટાળી શકાય, જે પીગળેલી સોલ્ડર ધાતુના સ્પ્લેશિંગનું કારણ બની શકે છે;વધુમાં, કલાઈ જાણીતી મિશ્રધાતુ સ્વચ્છ અને સપાટી ઓક્સાઇડ મુક્ત હોવી જોઈએ.

સિરામિક મેટાલાઇઝેશન પછી બ્રેઝિંગ કરતી વખતે, કોપર, બેઝ, સિલ્વર કોપર, ગોલ્ડ કોપર અને અન્ય એલોય બ્રેઝિંગ ફિલર મેટલ્સનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.

સિરામિક્સ અને ધાતુઓના સીધા બ્રેઝિંગ માટે, સક્રિય તત્વો Ti અને Zr ધરાવતી બ્રેઝિંગ ફિલર મેટલ્સ પસંદ કરવી જોઈએ.બાઈનરી ફિલર મેટલ્સ મુખ્યત્વે Ti Cu અને Ti Ni છે, જેનો ઉપયોગ 1100 ℃ પર થઈ શકે છે.ટર્નરી સોલ્ડર પૈકી, Ag Cu Ti (W) (TI) એ સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતું સોલ્ડર છે, જેનો ઉપયોગ વિવિધ સિરામિક્સ અને ધાતુઓના સીધા બ્રેઝિંગ માટે થઈ શકે છે.ટર્નરી ફિલર મેટલનો ઉપયોગ ફોઇલ, પાવડર અથવા Ag Cu eutectic ફિલર મેટલ દ્વારા Ti પાવડર સાથે કરી શકાય છે.B-ti49be2 બ્રેઝિંગ ફિલર મેટલ સ્ટેનલેસ સ્ટીલ અને ઓછા બાષ્પ દબાણ માટે સમાન કાટ પ્રતિકાર ધરાવે છે.ઓક્સિડેશન અને લિકેજ પ્રતિકાર સાથે વેક્યૂમ સીલિંગ સાંધામાં તેને પ્રાધાન્યપૂર્વક પસંદ કરી શકાય છે.ti-v-cr સોલ્ડરમાં, જ્યારે w (V) 30% હોય ત્યારે ગલનનું તાપમાન સૌથી નીચું (1620 ℃) ​​હોય છે, અને Crનો ઉમેરો અસરકારક રીતે ગલન તાપમાન શ્રેણીને ઘટાડી શકે છે.Cr વગરના B-ti47.5ta5 સોલ્ડરનો ઉપયોગ એલ્યુમિના અને મેગ્નેશિયમ ઓક્સાઇડના સીધા બ્રેઝિંગ માટે કરવામાં આવ્યો છે, અને તેનો સંયુક્ત 1000 ℃ આસપાસના તાપમાને કામ કરી શકે છે.કોષ્ટક 14 સિરામિક અને મેટલ વચ્ચે સીધા જોડાણ માટે સક્રિય પ્રવાહ દર્શાવે છે.

કોષ્ટક 14 સિરામિક અને મેટલ બ્રેઝિંગ માટે સક્રિય બ્રેઝિંગ ફિલર મેટલ્સ

2. બ્રેઝિંગ ટેકનોલોજી

પ્રી-મેટાલાઇઝ્ડ સિરામિક્સને ઉચ્ચ-શુદ્ધતાના નિષ્ક્રિય ગેસ, હાઇડ્રોજન અથવા વેક્યુમ વાતાવરણમાં બ્રેઝ કરી શકાય છે.વેક્યૂમ બ્રેઝિંગનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે મેટલાઈઝેશન વિના સિરામિક્સના સીધા બ્રેઝિંગ માટે થાય છે.

(1) યુનિવર્સલ બ્રેઝિંગ પ્રક્રિયા સિરામિક અને મેટલની સાર્વત્રિક બ્રેઝિંગ પ્રક્રિયાને સાત પ્રક્રિયાઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: સપાટીની સફાઈ, પેસ્ટ કોટિંગ, સિરામિક સપાટીનું મેટાલાઇઝેશન, નિકલ પ્લેટિંગ, બ્રેઝિંગ અને વેલ્ડ પછી નિરીક્ષણ.

સપાટીની સફાઈનો હેતુ બેઝ મેટલની સપાટી પર તેલના ડાઘ, પરસેવાના ડાઘ અને ઓક્સાઇડ ફિલ્મને દૂર કરવાનો છે.ધાતુના ભાગો અને સોલ્ડરને પહેલા ડીગ્રીઝ કરવામાં આવશે, પછી એસિડ અથવા આલ્કલી ધોવા દ્વારા ઓક્સાઈડ ફિલ્મને દૂર કરવામાં આવશે, વહેતા પાણીથી ધોઈને સૂકવવામાં આવશે.ઉચ્ચ જરૂરિયાતવાળા ભાગોને વેક્યૂમ ફર્નેસ અથવા હાઇડ્રોજન ફર્નેસ (આયન બોમ્બાર્ડમેન્ટ પદ્ધતિનો પણ ઉપયોગ કરી શકાય છે) માં યોગ્ય તાપમાન અને ભાગોની સપાટીને શુદ્ધ કરવા માટે સમયસર હીટ ટ્રીટમેન્ટ કરવામાં આવશે.સાફ કરેલ ભાગો ચીકણું વસ્તુઓ અથવા ખુલ્લા હાથથી સંપર્કમાં આવવા જોઈએ નહીં.તેઓ તરત જ આગામી પ્રક્રિયામાં અથવા સુકાંમાં મૂકવામાં આવશે.તેઓ લાંબા સમય સુધી હવાના સંપર્કમાં રહેશે નહીં.સિરામિક ભાગોને એસીટોન અને અલ્ટ્રાસોનિકથી સાફ કરવા જોઈએ, વહેતા પાણીથી ધોવા જોઈએ અને અંતે દરેક વખતે 15 મિનિટ માટે ડીયોનાઈઝ્ડ પાણીથી બે વાર ઉકાળવા જોઈએ.

પેસ્ટ કોટિંગ એ સિરામિક મેટાલાઈઝેશનની મહત્વપૂર્ણ પ્રક્રિયા છે.કોટિંગ દરમિયાન, તેને બ્રશ અથવા પેસ્ટ કોટિંગ મશીન વડે મેટલાઈઝ કરવા માટે સિરામિક સપાટી પર લાગુ કરવામાં આવે છે.કોટિંગની જાડાઈ સામાન્ય રીતે 30 ~ 60mm હોય છે.પેસ્ટ સામાન્ય રીતે શુદ્ધ ધાતુના પાવડરમાંથી તૈયાર કરવામાં આવે છે (ક્યારેક યોગ્ય મેટલ ઓક્સાઇડ ઉમેરવામાં આવે છે) જેમાં લગભગ 1 ~ 5um અને કાર્બનિક એડહેસિવના કણોનું કદ હોય છે.

પેસ્ટ કરેલા સિરામિક ભાગોને હાઇડ્રોજન ભઠ્ઠીમાં મોકલવામાં આવે છે અને 30 ~ 60 મિનિટ માટે 1300 ~ 1500 ℃ પર ભીના હાઇડ્રોજન અથવા ક્રેક્ડ એમોનિયા સાથે સિન્ટર કરવામાં આવે છે.હાઇડ્રાઇડ્સ સાથે કોટેડ સિરામિક ભાગો માટે, હાઇડ્રાઇડ્સને વિઘટિત કરવા અને સિરામિક સપાટી પર મેટલ કોટિંગ મેળવવા માટે સિરામિક સપાટી પર બાકી રહેલી શુદ્ધ ધાતુ અથવા ટાઇટેનિયમ (અથવા ઝિર્કોનિયમ) સાથે પ્રતિક્રિયા કરવા માટે તેમને લગભગ 900 ℃ સુધી ગરમ કરવામાં આવશે.

Mo Mn મેટાલાઈઝ્ડ લેયર માટે, તેને સોલ્ડરથી ભીનું કરવા માટે, 1.4 ~ 5um નું નિકલ લેયર ઈલેક્ટ્રોપ્લેટેડ અથવા નિકલ પાવડરના સ્તર સાથે કોટેડ હોવું જોઈએ.જો બ્રેઝિંગ તાપમાન 1000 ℃ કરતા ઓછું હોય, તો નિકલ સ્તરને હાઇડ્રોજન ભઠ્ઠીમાં પહેલાથી સિન્ટર કરવાની જરૂર છે.સિન્ટરિંગ તાપમાન અને સમય 1000 ℃ /15 ~ 20 મિનિટ છે.

ટ્રીટેડ સિરામિક્સ મેટલના ભાગો છે, જેને સ્ટેનલેસ સ્ટીલ અથવા ગ્રેફાઇટ અને સિરામિક મોલ્ડ વડે આખામાં એસેમ્બલ કરવામાં આવશે.સોલ્ડર સાંધા પર સ્થાપિત કરવું જોઈએ, અને વર્કપીસને સમગ્ર ઓપરેશન દરમિયાન સ્વચ્છ રાખવામાં આવશે, અને તેને ખુલ્લા હાથથી સ્પર્શ કરવામાં આવશે નહીં.

બ્રેઝિંગ આર્ગોન, હાઇડ્રોજન અથવા વેક્યુમ ફર્નેસમાં હાથ ધરવામાં આવશે.બ્રેઝિંગનું તાપમાન બ્રેઝિંગ ફિલર મેટલ પર આધારિત છે.સિરામિક ભાગોના ક્રેકીંગને રોકવા માટે, ઠંડકનો દર ખૂબ ઝડપી હોવો જોઈએ નહીં.વધુમાં, બ્રેઝિંગ ચોક્કસ દબાણ (લગભગ 0.49 ~ 0.98mpa) પણ લાગુ કરી શકે છે.

સપાટીની ગુણવત્તાની તપાસ ઉપરાંત, બ્રેઝ્ડ વેલ્ડમેન્ટ્સ પણ થર્મલ શોક અને યાંત્રિક મિલકત નિરીક્ષણને આધિન રહેશે.શૂન્યાવકાશ ઉપકરણો માટેના સીલિંગ ભાગો પણ સંબંધિત નિયમો અનુસાર લિકેજ પરીક્ષણને આધિન હોવા જોઈએ.

(2) ડાયરેક્ટ બ્રેઝિંગ જ્યારે સીધું બ્રેઝિંગ કરો (સક્રિય મેટલ પદ્ધતિ), પ્રથમ સિરામિક અને મેટલ વેલ્ડમેન્ટની સપાટીને સાફ કરો, અને પછી તેમને એસેમ્બલ કરો.ઘટક સામગ્રીના વિવિધ થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંકને કારણે થતી તિરાડોને ટાળવા માટે, બફર સ્તર (ધાતુની ચાદરના એક અથવા વધુ સ્તરો) ને વેલ્ડમેન્ટ્સ વચ્ચે ફેરવી શકાય છે.બ્રેઝિંગ ફિલર મેટલને બે વેલ્ડમેન્ટ્સ વચ્ચે ક્લેમ્પ્ડ કરવામાં આવશે અથવા જ્યાં સુધી શક્ય હોય ત્યાં સુધી બ્રેઝિંગ ફિલર મેટલથી ગેપ ભરવામાં આવે તે સ્થાન પર મૂકવામાં આવશે, અને પછી બ્રેઝિંગ સામાન્ય વેક્યૂમ બ્રેઝિંગની જેમ હાથ ધરવામાં આવશે.

જો Ag Cu Ti સોલ્ડરનો ઉપયોગ ડાયરેક્ટ બ્રેઝિંગ માટે કરવામાં આવે છે, તો વેક્યૂમ બ્રેઝિંગ પદ્ધતિ અપનાવવામાં આવશે.જ્યારે ભઠ્ઠીમાં શૂન્યાવકાશની ડિગ્રી 2.7 સુધી પહોંચે છે × 10-3pa પર ગરમી શરૂ કરો, અને આ સમયે તાપમાન ઝડપથી વધી શકે છે;જ્યારે તાપમાન સોલ્ડરના ગલનબિંદુની નજીક હોય, ત્યારે વેલ્ડમેન્ટના તમામ ભાગોનું તાપમાન સમાન હોય તે માટે તાપમાન ધીમે ધીમે વધારવું જોઈએ;જ્યારે સોલ્ડર ઓગળવામાં આવે છે, ત્યારે તાપમાન ઝડપથી બ્રેઝિંગ તાપમાન સુધી વધારવામાં આવશે, અને હોલ્ડિંગ સમય 3 ~ 5 મિનિટનો રહેશે;ઠંડક દરમિયાન, તેને 700 ℃ પહેલા ધીમે ધીમે ઠંડું કરવું જોઈએ, અને તેને 700 ℃ પછી ભઠ્ઠી વડે કુદરતી રીતે ઠંડુ કરી શકાય છે.

જ્યારે Ti Cu સક્રિય સોલ્ડરને સીધું બ્રેઝ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સોલ્ડરનું સ્વરૂપ Cu Foil plus Ti પાવડર અથવા Cu ભાગો વત્તા Ti Foil હોઈ શકે છે, અથવા સિરામિક સપાટીને Ti પાવડર વત્તા Cu વરખ સાથે કોટેડ કરી શકાય છે.બ્રેઝિંગ પહેલાં, બધા ધાતુના ભાગોને વેક્યૂમ દ્વારા ડિગૅસ કરવામાં આવશે.ઓક્સિજન મુક્ત તાંબાનું ડીગૅસિંગ તાપમાન 750 ~ 800 ℃ હોવું જોઈએ, અને Ti, Nb, Ta, વગેરેને 15 મિનિટ માટે 900 ℃ પર ડીગાસ કરવું જોઈએ.આ સમયે, શૂન્યાવકાશની ડિગ્રી 6.7 × 10-3Pa થી ઓછી ન હોવી જોઈએ. બ્રેઝિંગ દરમિયાન, ફિક્સ્ચરમાં વેલ્ડિંગ કરવા માટેના ઘટકોને એસેમ્બલ કરો, તેમને વેક્યૂમ ફર્નેસમાં 900 ~ 1120 ℃ સુધી ગરમ કરો, અને હોલ્ડિંગનો સમય 2 ~ છે 5 મિનિટસમગ્ર બ્રેઝિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન, શૂન્યાવકાશ ડિગ્રી 6.7 × 10-3Pa કરતાં ઓછી હોવી જોઈએ નહીં.

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

(3) ઓક્સાઇડ બ્રેઝિંગ પદ્ધતિ ઓક્સાઈડ બ્રેઝિંગ પદ્ધતિ એ સિરામિક્સમાં ઘૂસણખોરી કરવા અને ધાતુની સપાટીને ભીની કરવા માટે ઓક્સાઇડ સોલ્ડરના ગલન દ્વારા રચાયેલા કાચના તબક્કાનો ઉપયોગ કરીને વિશ્વસનીય જોડાણની અનુભૂતિ કરવાની પદ્ધતિ છે.તે સિરામિક્સ સાથે સિરામિક્સ અને સિરામિક્સને ધાતુઓ સાથે જોડી શકે છે.ઓક્સાઇડ બ્રેઝિંગ ફિલર મેટલ્સ મુખ્યત્વે Al2O3, Cao, Bao અને MgO ની બનેલી હોય છે.B2O3, Y2O3 અને ta2o3 ઉમેરીને, વિવિધ ગલનબિંદુઓ અને રેખીય વિસ્તરણ ગુણાંક સાથે બ્રેઝિંગ ફિલર મેટલ્સ મેળવી શકાય છે.વધુમાં, મુખ્ય ઘટકો તરીકે CaF2 અને NaF સાથે ફ્લોરાઈડ બ્રેઝિંગ ફિલર મેટલ્સનો ઉપયોગ સિરામિક્સ અને ધાતુઓને જોડવા માટે ઉચ્ચ શક્તિ અને ઉચ્ચ ગરમી પ્રતિકાર સાથે સાંધા મેળવવા માટે પણ થઈ શકે છે.