(Сглобена част от керамика към металПроизведено отWintrustek)
I. Преглед на заварени компоненти от керамика към метал
Компоненти, заварени от керамика към металса полезни структурни части, които използват сложни процедури за заваряване, за да осигурят висока якост, висока газонепроницаемост и надеждни електрически/термични връзки между керамични и метални материали. Те обикновено се използват в приложения, които изискват устойчивост на високи температури, налягания или условия на вакуум.
II. Технология за активно запояване на метал
1. Основни технически принципи
Активното метално спояване използва реактивни елементи (титан, цирконий, хафний, ванадий и др.) в пълнителя за спояване, за да реагира химически с керамиката, което води до химически свързан слой на повърхността керамика-метал. Тези активни елементи силно привличат кислорода, азота и въглерода. Нагряването във вакуум или инертна атмосфера създава наномащабни реакционни слоеве (напр. TiO₂, TiN, TiC) върху керамични повърхности. Това позволява накисване от разтопения добавъчен метал, което води до надеждна връзка "керамичен реакционен слой-запояване-метал".
2. Ключови параметри на процеса
2.1 Система за спояване на пълнежен метал:
Ag-Cu-Ti: Индустриален стандарт, отлично цялостно представяне
Cu-Ti: По-ниска цена, устойчивост на висока температура
Au-Ni-Ti: Висока надеждност, аерокосмически приложения
Припой без съдържание на сребро: За електронни устройства, изискващи предотвратяване на миграция на сребро
2.2 Контрол на процеса:
Изисквания за околната среда: Висок вакуум (
Температурен контрол: 20–50°C над ликвидус на спойка (800–900°C за система Ag-Cu-Ti)
Контрол на времето: Няколко минути до двадесет минути, балансиране на пълнотата на реакцията и дебелината на интерфейсния слой
2.3 Процес:
Предварителна обработка: Прецизно почистване на керамика и метализираща обработка; отстраняване на оксидни слоеве от метални компоненти
Сглобяване: Прецизно сглобяване на керамика, метални компоненти и фолио за активно спояване (0,05-0,2 mm)
Вакуумно спояване: Вакуумиране → Програмирано нагряване → Температура на задържане → Контролирано охлаждане
Допълнителна обработка: Почистване и предварителен преглед
III. Технология за откриване на течове с хелиев масспектрометър
1. Необходимост от откриване на течове
Керамично-метални заварени компоненти се използват в приложения с голямо търсене като вакуумни системи и аерокосмическо оборудване. Уверете се, че отговарят на критериите за почти "абсолютно запечатване" (скорости на течове
2. Принцип на откриване
Използвайки хелий като трасиращ газ, подходът се възползва от неговия малък молекулен размер, инертен характер и ниски фонови концентрации. Хелият навлиза в масспектрометъра чрез теч, йонизира се, отделя се от магнитно поле и се открива от специализиран детектор. Силата на сигнала е пропорционална на съдържанието на хелий, което позволява точни изчисления на скоростта на изтичане.
3. Основни методи за откриване
Метод 1: Метод на надушване (локално откриване на течове)
Процедура:
Вътрешността на детайла се вакуумира и се свързва към детектора за течове.
Външната заваръчна зона се сканира с пистолет за пръскане с хелий.
Сигналите се наблюдават в реално време, за да се локализират точно точките на течове.
Характеристики:Подходящ за локализиране на течове в малки компоненти, висока чувствителност.
Метод 2:Метод на хелиев капак/капак (обща оценка на целостта на уплътнението)
Процедура:
Характеристики:Измерва общия leak процент; подходящ за сложни структурни елементи.
4. Оперативен работен процес (използване на метода на надушване като пример)
4.1 Подготвителна фаза:
Почистване на детайла, калибриране на оборудването и потвърждаване на фона на хелий в околната среда.
4.2 Реализация на откриване:
Заготовката се свързва към системата за откриване на течове и се вакуумира до работното налягане.
Пръскането с хелий започва, когато налягането в системата достигне ≤0,1 Pa (разстояние на пистолета: 1–2 cm, налягане: 0,1–0,2 MPa).
Систематично сканиране по дължината на заваръчния шев, с фокус върху зоните с концентриран термичен стрес.
4.3 Анализ на данните:
Аларма се задейства, ако скоростта на теч надвиши прага (напр. 1×10⁻⁹ Pa·m³/s).
Точките на течове се маркират, а условията и данните за откриване се записват.
4.4 Повторна проверка и докладване:
Повторно тестване след ремонт, последвано от генериране на пълен протокол от теста.
5. Специални съображения и стандарти
Специфични за керамиката адаптации: Фокусирайте се върху откриването на области с микропукнатини, причинени от несъответствие на топлинното разширение.
Степен на чувствителност: Избира се въз основа на полето на приложение; аерокосмическите изисквания могат да достигнат толкова строги нива, колкото 10⁻¹² Pa·m³/s.
Съответствие със стандартите: Придържане към национални/военни стандарти, ASTM или специфични за индустрията спецификации.
Анализ на повреда: Микроструктурен анализ, като металографско нарязване и сканираща електронна микроскопия (SEM), за точки на течове, надвишаващи стандартите.
Wintrustek ще проведе тест за изтичане на хелий за всяка част от керамика към метал. Моля, проверете връзката по-долу за справка с нашия тест за степен на течове:
https://youtu.be/Et3cTV9yD_U?si=Yl8l7eBH5rON7I_f
IV. Типични сценарии за приложение
Опаковка на силова електроника: Връзка между керамични субстрати (AlN/Al₂O₃) и медни слоеве в IGBT модули.
Компоненти на вакуумна система: Уплътнения от керамика към метал в ускорители на частици и полупроводниково оборудване.
Космонавтика: Сензори на двигателя и запечатващи прозорци на космически кораби.
Енергетика и оптоелектроника: свързване на горивни клетки и високомощни лазерни опаковки.
V. Резюме
Активното спояване на метал е основният метод за производство на надеждникерамика към металкръстовища, като откриването на течове с хелиев масспектрометър служи като златен стандарт за потвърждаване на тяхната херметичност. Комбинацията от тези две технологии гарантира дългосрочната надеждност на заварените компоненти в тежки ситуации. В действителните приложения е изключително важно да се оптимизират параметрите на процеса на спояване и да се изберат подходящи методи за откриване на течове и нива на чувствителност в зависимост от структурата на детайла, характеристиките на материала и нуждите на приложението. Този подход разработва система за контрол на качеството със затворен цикъл, която преминава от производството до проверката.
