(Phần lắp ráp từ gốm đến kim loạiSản xuất bởiWintrustek)
I.Tổng quan về các linh kiện hàn gốm-kim loại
Các thành phần hàn gốm-kim loạilà những bộ phận kết cấu hữu ích sử dụng quy trình hàn phức tạp để mang lại độ bền cao, độ kín khí cao và các kết nối điện/nhiệt đáng tin cậy giữa vật liệu gốm và kim loại. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng cần khả năng phục hồi nhiệt độ, áp suất hoặc điều kiện chân không cao.
II. Công nghệ hàn kim loại hoạt động
1. Nguyên tắc kỹ thuật chính
Hàn kim loại hoạt động sử dụng các nguyên tố phản ứng (titan, zirconi, hafnium, vanadi, v.v.) trong chất độn hàn để phản ứng hóa học với gốm, tạo ra một lớp liên kết hóa học ở bề mặt gốm-kim loại. Các nguyên tố hoạt tính này có sức hút rất lớn đối với oxy, nitơ và cacbon. Gia nhiệt trong chân không hoặc môi trường trơ sẽ tạo ra các lớp phản ứng có kích thước nano (ví dụ: TiO₂, TiN, TiC) trên bề mặt gốm. Điều này cho phép kim loại phụ nóng chảy ngấm vào, tạo ra liên kết "khớp nối kim loại-lớp phản ứng gốm-kim loại" đáng tin cậy.
2. Các thông số quy trình chính
2.1 Hệ thống kim loại hàn phụ:
Ag-Cu-Ti: Tiêu chuẩn công nghiệp, hiệu suất toàn diện xuất sắc
Cu-Ti: Chi phí thấp hơn, chịu nhiệt độ cao
Au-Ni-Ti: Độ tin cậy cao, ứng dụng hàng không vũ trụ
Chất hàn không chứa bạc: Dành cho các thiết bị điện tử yêu cầu ngăn chặn sự di chuyển của bạc
2.2 Kiểm soát quy trình:
Yêu cầu về môi trường: Độ chân không cao (
Kiểm soát nhiệt độ: 20–50°C trên chất lỏng hàn (800–900°C đối với hệ thống Ag-Cu-Ti)
Kiểm soát thời gian: Vài phút đến 20 phút, cân bằng độ hoàn thiện của phản ứng và độ dày lớp giao diện
2.3 Quy trình:
Tiền xử lý: Làm sạch chính xác đồ gốm và xử lý kim loại hóa; loại bỏ các lớp oxit khỏi các thành phần kim loại
Lắp ráp: Lắp ráp chính xác gốm sứ, linh kiện kim loại và lá hàn hoạt tính (0,05-0,2 mm)
Hàn chân không: Hút chân không → Gia nhiệt theo chương trình → Nhiệt độ giữ → Làm mát có kiểm soát
Xử lý sau: Làm sạch và kiểm tra sơ bộ
III. Công nghệ phát hiện rò rỉ khối phổ kế Helium
1. Sự cần thiết của việc phát hiện rò rỉ
Các bộ phận hàn gốm-kim loại được sử dụng trong các ứng dụng có nhu cầu cao như hệ thống chân không và thiết bị hàng không vũ trụ. Xác minh rằng chúng đáp ứng tiêu chí gần như "niêm phong tuyệt đối" (tốc độ rò rỉ
2. Nguyên tắc phát hiện
Sử dụng helium làm khí đánh dấu, phương pháp này tận dụng kích thước phân tử nhỏ, tính chất trơ và nồng độ nền thấp. Helium đi vào khối phổ kế qua một chỗ rò rỉ, bị ion hóa, tách ra bằng từ trường và được phát hiện bằng máy dò chuyên dụng. Cường độ tín hiệu tỷ lệ thuận với hàm lượng helium, cho phép tính toán tốc độ rò rỉ chính xác.
3. Phương pháp phát hiện chính
Cách 1: Phương pháp đánh hơi (Phát hiện rò rỉ cục bộ)
Thủ tục:
Phần bên trong phôi được sơ tán và kết nối với máy dò rò rỉ.
Khu vực hàn bên ngoài được quét bằng súng phun khí heli.
Tín hiệu được theo dõi theo thời gian thực để xác định chính xác các điểm rò rỉ.
Đặc điểm:Thích hợp cho việc định vị rò rỉ ở các linh kiện nhỏ, độ nhạy cao.
Cách 2:Phương pháp chụp/vỏ bằng khí Heli (Đánh giá tính toàn vẹn của dấu niêm phong tổng thể)
Thủ tục:
Đặc điểm:Đo tổng ltỷ lệ eak; thích hợp cho các thành phần cấu trúc phức tạp.
4. Quy trình vận hành (Dùng phương pháp đánh hơi làm ví dụ)
4.1 Giai đoạn chuẩn bị:
Làm sạch phôi, hiệu chuẩn thiết bị và xác nhận nền helium môi trường.
4.2 Thực hiện phát hiện:
Phôi được kết nối với hệ thống phát hiện rò rỉ và được sơ tán đến áp suất vận hành.
Quá trình phun khí heli bắt đầu khi áp suất hệ thống đạt .10,1 Pa (khoảng cách súng phun: 1–2 cm, áp suất: 0,1–0,2 MPa).
Quét có hệ thống dọc theo đường hàn, tập trung vào các khu vực có ứng suất nhiệt tập trung.
4.3 Phân tích dữ liệu:
Cảnh báo sẽ được kích hoạt nếu tốc độ rò rỉ vượt quá ngưỡng (ví dụ: 1×10⁻⁹ Pa·m³/s).
Các điểm rò rỉ được đánh dấu, các điều kiện và dữ liệu phát hiện được ghi lại.
4.4 Kiểm tra lại và báo cáo:
Kiểm tra lại sau khi sửa chữa, sau đó tạo báo cáo kiểm tra hoàn chỉnh.
5. Những cân nhắc và tiêu chuẩn đặc biệt
Thích ứng dành riêng cho gốm: Tập trung vào việc phát hiện các vùng vết nứt vi mô do sự giãn nở nhiệt không khớp.
Phân loại độ nhạy: Được chọn dựa trên trường ứng dụng; yêu cầu cấp độ hàng không vũ trụ có thể đạt đến mức nghiêm ngặt tới 10⁻¹² Pa·m³/s.
Tuân thủ tiêu chuẩn: Tuân thủ các tiêu chuẩn quốc gia/quân sự, ASTM hoặc các thông số kỹ thuật cụ thể của ngành.
Phân tích lỗi: Phân tích cấu trúc vi mô, chẳng hạn như phân tích kim loại và kính hiển vi điện tử quét (SEM), để phát hiện các điểm rò rỉ vượt quá tiêu chuẩn.
Wintrustek sẽ tiến hành kiểm tra rò rỉ khí heli cho mọi bộ phận từ gốm đến kim loại. Vui lòng kiểm tra liên kết bên dưới để tham khảo bài kiểm tra tỷ lệ rò rỉ của chúng tôi:
https://youtu.be/Et3cTV9yD_U?si=Yl8l7eBH5rON7I_f
IV. Kịch bản ứng dụng điển hình
Bao bì Điện tử Công suất: Kết nối giữa chất nền gốm (AlN/Al₂O₃) và các lớp đồng trong mô-đun IGBT.
Linh kiện hệ thống chân không: Phớt gốm-kim loại trong máy gia tốc hạt và thiết bị bán dẫn.
Hàng không vũ trụ: Cảm biến động cơ và cửa sổ niêm phong tàu vũ trụ.
Năng lượng và quang điện tử: Kết nối tế bào nhiên liệu và đóng gói laser công suất cao.
V. Tóm tắt
Hàn kim loại hoạt động là phương pháp cơ bản để sản xuất đáng tin cậygốm-kim loạicác điểm nối, với khả năng phát hiện rò rỉ của khối phổ kế helium đóng vai trò là tiêu chuẩn vàng để xác nhận độ kín của chúng. Sự kết hợp của hai công nghệ này đảm bảo độ tin cậy lâu dài của các bộ phận hàn trong các tình huống khắc nghiệt. Trong các ứng dụng thực tế, điều quan trọng là phải tối ưu hóa các tham số quy trình hàn và chọn phương pháp phát hiện rò rỉ thích hợp cũng như mức độ nhạy tùy thuộc vào cấu trúc phôi, thuộc tính vật liệu và nhu cầu ứng dụng. Cách tiếp cận này phát triển một hệ thống kiểm soát chất lượng khép kín từ khâu sản xuất đến khâu xác minh.
