Hàn gốm và kim loại

1. Khả năng nhận biết

Rất khó để hàn các thành phần gốm và gốm, gốm và kim loại.Hầu hết chất hàn tạo thành bóng trên bề mặt gốm, ít hoặc không thấm ướt.Kim loại độn hàn có thể làm ướt gốm sứ, dễ tạo thành nhiều loại hợp chất giòn (như cacbua, silicit và các hợp chất bậc ba hoặc đa lượng) tại bề mặt tiếp giáp trong quá trình hàn.Sự tồn tại của các hợp chất này ảnh hưởng đến các tính chất cơ học của khớp.Ngoài ra, do hệ số giãn nở nhiệt giữa gốm, kim loại và vật hàn có sự chênh lệch lớn nên sẽ xuất hiện ứng suất dư trong mối nối sau khi nhiệt độ hàn nguội về nhiệt độ phòng, có thể gây nứt mối nối.

Khả năng thấm ướt của vật hàn trên bề mặt gốm có thể được cải thiện bằng cách thêm các nguyên tố kim loại hoạt tính vào vật hàn thông thường;Nhiệt độ thấp và thời gian hàn ngắn có thể làm giảm ảnh hưởng của phản ứng bề mặt;Ứng suất nhiệt của mối nối có thể được giảm bớt bằng cách thiết kế một dạng mối nối phù hợp và sử dụng một lớp kim loại hoặc nhiều lớp làm lớp trung gian.

2. Hàn

Gốm và kim loại thường được kết nối trong lò chân không hoặc lò hydro và argon.Ngoài các đặc điểm chung, hàn kim loại độn cho các thiết bị điện tử chân không cũng cần có một số yêu cầu đặc biệt.Ví dụ, vật hàn không được chứa các phần tử tạo ra áp suất hơi cao, để không gây rò rỉ điện môi và nhiễm độc catốt của các thiết bị.Người ta thường quy định rằng khi thiết bị làm việc, áp suất hơi của vật hàn không được vượt quá 10-3pa, và các tạp chất có áp suất hơi cao không được vượt quá 0,002% ~ 0,005%;W (o) của thuốc hàn không được vượt quá 0,001%, để tránh hơi nước sinh ra trong quá trình hàn trong hydro, có thể gây bắn tung tóe kim loại hàn nóng chảy;Ngoài ra, vật hàn phải sạch và không có oxit bề mặt.

Khi hàn sau khi kim loại hóa gốm, có thể sử dụng đồng, bazơ, đồng bạc, đồng vàng và các kim loại phụ hàn hợp kim khác.

Để hàn trực tiếp gốm sứ và kim loại, phải chọn kim loại độn hàn có chứa các nguyên tố hoạt động Ti và Zr.Các kim loại lấp đầy nhị phân chủ yếu là Ti Cu và Ti Ni, có thể được sử dụng ở 1100 ℃.Trong số các chất hàn bậc ba, Ag Cu Ti (W) (TI) là chất hàn được sử dụng phổ biến nhất, có thể được sử dụng để hàn trực tiếp các đồ gốm và kim loại khác nhau.Kim loại độn bậc ba có thể được sử dụng bằng lá, bột hoặc kim loại độn eutectic Ag Cu với bột Ti.Kim loại độn hàn B-ti49be2 có khả năng chống ăn mòn tương tự như thép không gỉ và áp suất hơi thấp.Nó có thể được ưu tiên lựa chọn trong các mối nối làm kín chân không với khả năng chống oxy hóa và rò rỉ.Trong thuốc hàn ti-v-cr, nhiệt độ nóng chảy thấp nhất (1620 ℃) ​​khi w (V) là 30%, và việc bổ sung Cr có thể làm giảm phạm vi nhiệt độ nóng chảy một cách hiệu quả.Thuốc hàn B-ti47.5ta5 không có Cr đã được sử dụng để hàn trực tiếp nhôm và oxit magiê, và mối nối của nó có thể hoạt động ở nhiệt độ môi trường là 1000 ℃.Bảng 14 cho thấy thông lượng hoạt động đối với kết nối trực tiếp giữa gốm và kim loại.

Bảng 14 kim loại độn hàn hoạt tính cho gốm và hàn kim loại

2. Công nghệ hàn

Gốm sứ luyện kim loại trước có thể được hàn trong môi trường khí trơ, hydro hoặc chân không có độ tinh khiết cao.Phương pháp hàn chân không thường được sử dụng để hàn trực tiếp đồ gốm mà không cần kim loại hóa.

(1) Quá trình hàn phổ quát Quá trình hàn phổ biến của gốm và kim loại có thể được chia thành bảy quy trình: làm sạch bề mặt, phủ hồ, kim loại hóa bề mặt gốm, mạ niken, hàn và kiểm tra sau mối hàn.

Mục đích của việc làm sạch bề mặt là loại bỏ vết dầu, vết mồ hôi và lớp màng oxit trên bề mặt của kim loại cơ bản.Trước tiên, các bộ phận kim loại và vật hàn phải được tẩy dầu mỡ, sau đó màng oxit sẽ được loại bỏ bằng cách rửa axit hoặc kiềm, rửa bằng nước chảy và làm khô.Các bộ phận có yêu cầu cao phải được xử lý nhiệt trong lò chân không hoặc lò hydro (cũng có thể sử dụng phương pháp bắn phá ion) ở nhiệt độ và thời gian thích hợp để làm sạch bề mặt của các bộ phận.Các bộ phận được làm sạch không được tiếp xúc với các vật có dầu mỡ hoặc tay trần.Chúng sẽ được đưa ngay vào quy trình tiếp theo hoặc vào máy sấy.Chúng sẽ không tiếp xúc với không khí trong một thời gian dài.Các bộ phận bằng sứ phải được làm sạch bằng axeton và siêu âm, rửa bằng nước chảy, và cuối cùng đun sôi hai lần với nước khử ion trong 15 phút mỗi lần.

Sơn phủ là một quá trình quan trọng của quá trình kim loại hóa gốm.Trong quá trình sơn phủ, nó được phủ lên bề mặt sứ cần kim loại hóa bằng chổi quét hoặc máy phủ hồ dán.Độ dày lớp phủ thường là 30 ~ 60mm.Bột nhão thường được chuẩn bị từ bột kim loại nguyên chất (đôi khi được thêm vào oxit kim loại thích hợp) với kích thước hạt khoảng 1 ~ 5um và chất kết dính hữu cơ.

Các bộ phận gốm đã dán được đưa đến lò nung hydro và thiêu kết bằng hydro ướt hoặc amoniac nứt ở 1300 ~ 1500 ℃ trong 30 ~ 60 phút.Đối với các bộ phận gốm được phủ hydrua, chúng phải được nung nóng đến khoảng 900 ℃ để phân hủy các hyđrua và phản ứng với kim loại nguyên chất hoặc titan (hoặc zirconi) còn lại trên bề mặt gốm để thu được lớp phủ kim loại trên bề mặt gốm.

Đối với lớp kim loại hóa Mo Mn, để làm ướt vật hàn, phải mạ điện một lớp niken 1,4 ~ 5um hoặc phủ một lớp bột niken.Nếu nhiệt độ hàn thấp hơn 1000 ℃, lớp niken cần được thiêu kết trước trong lò hydro.Nhiệt độ và thời gian thiêu kết là 1000 ℃ / 15 ~ 20 phút.

Gốm đã qua xử lý là các bộ phận bằng kim loại, sẽ được lắp ráp thành một tổng thể bằng thép không gỉ hoặc than chì và khuôn gốm.Hàn phải được lắp ở các mối nối và phôi phải được giữ sạch sẽ trong suốt quá trình vận hành và không được dùng tay trần chạm vào.

Quá trình hàn phải được thực hiện trong lò nung argon, hydro hoặc chân không.Nhiệt độ hàn phụ thuộc vào kim loại hàn.Để tránh nứt các bộ phận bằng gốm, tốc độ làm nguội không được quá nhanh.Ngoài ra, hàn cũng có thể áp dụng một áp suất nhất định (khoảng 0,49 ~ 0,98mpa).

Ngoài việc kiểm tra chất lượng bề mặt, các mối hàn hàn cũng phải chịu sốc nhiệt và kiểm tra tính chất cơ học.Các bộ phận làm kín của thiết bị chân không cũng phải được thử nghiệm rò rỉ theo các quy định liên quan.

(2) Hàn trực tiếp Khi hàn trực tiếp (phương pháp kim loại hoạt động), trước tiên phải làm sạch bề mặt của các mối hàn gốm và kim loại, sau đó lắp ráp chúng.Để tránh các vết nứt gây ra bởi các hệ số giãn nở nhiệt khác nhau của các vật liệu thành phần, lớp đệm (một hoặc nhiều lớp tấm kim loại) có thể được luân chuyển giữa các mối hàn.Kim loại độn hàn phải được kẹp giữa hai mối hàn hoặc đặt ở vị trí mà khe hở được lấp đầy bằng kim loại độn hàn càng xa càng tốt, và sau đó hàn phải được thực hiện như hàn chân không thông thường.

Nếu thuốc hàn Ag Cu Ti được sử dụng để hàn trực tiếp, thì phương pháp hàn chân không sẽ được áp dụng.Khi độ chân không trong lò đạt 2,7 × Bắt đầu gia nhiệt ở 10-3pa, và nhiệt độ có thể tăng nhanh tại thời điểm này;Khi nhiệt độ gần đến điểm nóng chảy của vật hàn, nên tăng nhiệt độ từ từ để nhiệt độ của tất cả các bộ phận của vật hàn có xu hướng giống nhau;Khi vật hàn nóng chảy, nhiệt độ phải được tăng nhanh đến nhiệt độ hàn và thời gian giữ phải là 3 ~ 5 phút;Trong quá trình làm mát, nó phải được làm nguội từ từ trước 700 ℃ và nó có thể được làm nguội tự nhiên bằng lò sau 700 ℃.

Khi hàn trực tiếp Ti Cu hoạt tính, dạng hàn có thể là lá Cu cộng với bột Ti hoặc các phần Cu cộng với lá Ti, hoặc bề mặt gốm có thể được phủ bằng bột Ti cộng với lá Cu.Trước khi hàn, tất cả các bộ phận kim loại phải được khử khí bằng chân không.Nhiệt độ khử khí của đồng không chứa oxy phải là 750 ~ 800 ℃, và Ti, Nb, Ta, v.v. phải được khử khí ở 900 ℃ trong 15 phút.Tại thời điểm này, mức độ chân không sẽ không nhỏ hơn 6,7 × 10-3Pa trong quá trình hàn, lắp ráp các thành phần được hàn trong vật cố 5 phút.Trong toàn bộ quá trình hàn, độ chân không không được nhỏ hơn 6,7 × 10-3Pa。

Quá trình hàn của phương pháp Ti Ni tương tự như phương pháp Ti Cu, và nhiệt độ hàn là 900 ± 10 ℃.

(3) Phương pháp hàn oxit Phương pháp hàn oxit là một phương pháp để thực hiện kết nối đáng tin cậy bằng cách sử dụng pha thủy tinh được tạo thành do sự nóng chảy của chất hàn oxit để ngấm vào đồ gốm và làm ướt bề mặt kim loại.Nó có thể kết nối gốm sứ với gốm sứ và gốm sứ với kim loại.Kim loại độn hàn oxit chủ yếu bao gồm Al2O3, Cao, Bao và MgO.Bằng cách thêm B2O3, Y2O3 và ta2o3, có thể thu được các kim loại độn hàn với các điểm nóng chảy và hệ số giãn nở tuyến tính khác nhau.Ngoài ra, kim loại hàn florua hàn với CaF2 và NaF là thành phần chính cũng có thể được sử dụng để kết nối gốm sứ và kim loại để có được các mối nối có độ bền cao và khả năng chịu nhiệt cao.