(Keramisch op metaal gemonteerd onderdeelGeproduceerd doorWintrustek)
I. Overzicht van keramiek-op-metaal gelaste componenten
Keramisch-op-metaal gelaste componentenzijn nuttige structurele onderdelen die geavanceerde lasprocedures gebruiken om een hoge sterkte, hoge gasdichtheid en betrouwbare elektrische/thermische verbindingen tussen keramische en metalen materialen te bieden. Ze worden vaak gebruikt in toepassingen die veerkracht nodig hebben tegen hoge temperaturen, drukken of vacuümomstandigheden.
II. Actieve metaalsoldeertechnologie
1. Belangrijke technische principes
Bij actief metaalsolderen worden reactieve elementen (titanium, zirkonium, hafnium, vanadium, enz.) in het hardsoldeermiddel gebruikt om chemisch te reageren met keramiek, wat resulteert in een chemisch gebonden laag op het keramiek-metaalgrensvlak. Deze actieve elementen hebben een grote aantrekkingskracht op zuurstof, stikstof en koolstof. Door verwarming in een vacuüm of inerte atmosfeer ontstaan reactielagen op nanoschaal (bijvoorbeeld TiO₂, TiN, TiC) op keramische oppervlakken. Hierdoor kan het gesmolten vulmetaal inweken, wat resulteert in een betrouwbare "keramische reactielaag-hardsoldeerverbinding-metaal"-binding.
2. Belangrijke procesparameters
2.1 Soldeervullermetaalsysteem:
Ag-Cu-Ti: Industriestandaard, uitstekende uitgebreide prestaties
Cu-Ti: lagere kosten, bestand tegen hoge temperaturen
Au-Ni-Ti: Hoge betrouwbaarheid, ruimtevaarttoepassingen
Zilvervrij soldeer: voor elektronische apparaten die zilvermigratiepreventie vereisen
2.2 Procesbeheersing:
Omgevingsvereisten: Hoogvacuüm (
Temperatuurregeling: 20–50°C boven soldeervloeistof (800–900°C voor Ag-Cu-Ti-systeem)
Tijdcontrole: enkele minuten tot twintig minuten, waarbij de volledigheid van de reactie en de dikte van de grenslaag in evenwicht worden gehouden
2.3 Proces:
Voorbehandeling: Precisiereiniging van keramiek en metallisatiebehandeling; verwijderen van oxidelagen van metalen onderdelen
Montage: Nauwkeurige montage van keramiek, metalen componenten en actieve soldeerfolie (0,05-0,2 mm)
Vacuümsolderen: Evacuatie → Geprogrammeerde verwarming → Houdtemperatuur → Gecontroleerde koeling
Nabehandeling: Reiniging en voorafgaande inspectie
III. Heliummassaspectrometer lekdetectietechnologie
1. Noodzaak van lekdetectie
Keramisch-metaalgelaste componenten worden gebruikt in veeleisende toepassingen zoals vacuümsystemen en ruimtevaartapparatuur. Controleer of ze voldoen aan de criteria voor bijna "absolute afdichting" (lekpercentages
2. Detectieprincipe
Door helium als tracergas te gebruiken, profiteert deze aanpak van de kleine moleculaire omvang, de inerte aard en de lage achtergrondconcentraties. Helium komt via een lek de massaspectrometer binnen, wordt geïoniseerd, gescheiden door een magnetisch veld en gedetecteerd door een gespecialiseerde detector. De signaalsterkte is evenredig met het heliumgehalte, waardoor exacte leksnelheidberekeningen mogelijk zijn.
3. Belangrijkste detectiemethoden
Methode 1: Snuffelmethode (lokale lekdetectie)
Werkwijze:
Het inwendige van het werkstuk wordt geëvacueerd en aangesloten op de lekdetector.
Het externe lasgebied wordt gescand met een heliumspuitpistool.
Signalen worden in realtime gemonitord om lekpunten nauwkeurig te lokaliseren.
Kenmerken:Geschikt voor het opsporen van lekken in kleine componenten, hoge gevoeligheid.
Methode 2:Heliumkap/behuizingsmethode (algemene beoordeling van de integriteit van de afdichting)
Werkwijze:
Het werkstuk wordt gevuld met helium en in een vacuümkap geplaatst, of voor detectie wordt een externe kap/sniffer gebruikt.
Er wordt opgehoopt of ontsnappend helium gedetecteerd.
Kenmerken:Meet de totale leak-tarief; geschikt voor complexe structurele componenten.
4. Operationele workflow (met de sniffing-methode als voorbeeld)
4.1 Voorbereidingsfase:
Werkstukreiniging, apparatuurkalibratie en bevestiging van de heliumachtergrond uit de omgeving.
4.2 Implementatie van detectie:
Het werkstuk wordt aangesloten op het lekdetectiesysteem en geëvacueerd tot de werkdruk.
Het heliumspuiten begint wanneer de systeemdruk ≤0,1 Pa bereikt (spuitpistoolafstand: 1–2 cm, druk: 0,1–0,2 MPa).
Systematisch scannen langs de lasnaad, met focus op gebieden met geconcentreerde thermische spanning.
4.3 Gegevensanalyse:
4.4 Herinspectie en rapportage:
Hertesten na reparatie, gevolgd door het genereren van een compleet testrapport.
5. Speciale overwegingen en normen
Keramisch-specifieke aanpassingen: Focus op het detecteren van microscheurgebieden veroorzaakt door mismatch bij thermische uitzetting.
Gevoeligheidsbeoordeling: geselecteerd op basis van het toepassingsgebied; Vereisten voor de lucht- en ruimtevaartsector kunnen niveaus bereiken die zo streng zijn als 10⁻¹² Pa·m³/s.
Standaardnaleving: naleving van nationale/militaire normen, ASTM of branchespecifieke specificaties.
Foutanalyse: Microstructurele analyse, zoals metallografische secties en scanning-elektronenmicroscopie (SEM), voor lekpunten die de normen overschrijden.
Wintrustek voert een heliumlektest uit voor alle keramische tot metalen onderdelen. Kijk op onderstaande link voor verwijzing naar onze leksnelheidstest:
https://youtu.be/Et3cTV9yD_U?si=Yl8l7eBH5rON7I_f
IV. Typische toepassingsscenario's
Power Electronics Packaging: Verbinding tussen keramische substraten (AlN/Al₂O₃) en koperlagen in IGBT-modules.
Componenten van vacuümsystemen: keramiek-op-metaal afdichtingen in deeltjesversnellers en halfgeleiderapparatuur.
Lucht- en ruimtevaart: motorsensoren en ruimtevaartuigen die ramen afdichten.
Energie en opto-elektronica: brandstofcelverbindingen en krachtige laserverpakkingen.
V. Samenvatting
Actief metaalsolderen is de fundamentele methode voor het produceren van betrouwbare materialenkeramiek-op-metaalkruispunten, waarbij lekdetectie met heliummassaspectrometers dient als de gouden standaard voor het bevestigen van hun hermeticiteit. De combinatie van deze twee technologieën garandeert de langdurige betrouwbaarheid van gelaste componenten in zware omstandigheden. Bij daadwerkelijke toepassingen is het van cruciaal belang om de parameters van het soldeerproces te optimaliseren en geschikte lekdetectiemethoden en gevoeligheidsniveaus te kiezen, afhankelijk van de werkstukstructuur, materiaalkenmerken en toepassingsbehoeften. Deze aanpak ontwikkelt een gesloten kwaliteitscontrolesysteem dat loopt van productie tot verificatie.
