SK289143B6 - Spôsob spájkovania elektrónovým lúčom pre kombinácie materiálov keramika/kov a prípravok - Google Patents
Spôsob spájkovania elektrónovým lúčom pre kombinácie materiálov keramika/kov a prípravok Download PDFInfo
- Publication number
- SK289143B6 SK289143B6 SK29-2020A SK292020A SK289143B6 SK 289143 B6 SK289143 B6 SK 289143B6 SK 292020 A SK292020 A SK 292020A SK 289143 B6 SK289143 B6 SK 289143B6
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- ceramic
- solder
- metal
- electron beam
- soldered
- Prior art date
Links
- 238000005476 soldering Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000007769 metal material Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 51
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 51
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 19
- 238000005219 brazing Methods 0.000 claims description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000005289 physical deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
Spôsob spájkovania elektrónovým lúčom pre kombinácie materiálov keramika/kov je založený na tom, že medzi dva kombinované spájkované materiály aktívny kov/keramický materiál umiestnené v prípravku sa kladie vrstva neaktívnej spájky. Rozfokusovaným elektrónovým lúčom vo vákuu 1.10–2 Pa pri teplote 650 °C až 1 000 °C smerovaným na prípravok sa uskutočňuje prenos tepla z prípravku na kombinované spájkované materiály aktívny kov/keramický materiál a neaktívnu spájku. Prípravkom na vytvorenie spájkovaného spoja je prstencové teleso s horným vnútorným zapusteným osadením.
Description
Oblasť techniky
Vynález sa týka spôsobu spájkovania elektrónovým lúčom pre kombinácie materiálov keramika/kov a prípravku na vytvorenie spájkovaného spoja. Vynález patrí do oblasti spájania materiálov spájkovaním.
Doterajší stav techniky
V súčasnosti sa keramické materiály (napr. Al2O3, SiC, SÍ3N4, AlN a pod.) alebo kombinácie keramika a kov spájkujú najmä vo vákuovej peci, pričom sa používajú dva základné spôsoby spájkovania. Spájkovanie vo vákuu sa pri klasickom spôsobe používa z hľadiska zabránenia oxidácie spájkovaných plôch a samotnej spájky. V prípade spájkovania aktívnou spájkou je potrebné ešte ochrániť aktívny kov, ktorý má vysokú afinitu ku kyslíku.
Klasický spôsob predstavuje spôsob, že na povrch keramického materiálu sa nanesie spájkovateľný kovový povlak, a až potom sa realizuje samotné spájkovanie. Pokovovaním keramiky sa odstraňujú problémy spojené so zmáčateľnosťou keramických a niektorých nekovových materiálov. Z hľadiska voľby typu pokovovania treba poznať, pri akej prevádzkovej teplote bude spájkovaná súčiastka pracovať. Podľa toho sa použije na spájkovanie buď mäkká, alebo tvrdá spájka. Požadovaný kovový spájkovateľný povlak sa potom získa:
• vpaľovaním kovových roztokov buď žiaruvzdorných kovov Mo, Mn, W (s následným poniklovaním), alebo drahých kovov Ag, Au, Pt a pod., • fyzikálnou a chemickou depozíciou, ktorými sa vytvárajú tenké povlaky, napr. Au, Ag, Ni a ich kombinácie.
Vytvorený kovový spájkovací povlak zabezpečí vynikajúcu zmáčavosť povrchu materiálu spájkou, ktorý je inak nezmáčavý. Spájkovanie vo vákuovej peci predstavuje časovo náročný proces spájkovania.
Druhý spôsob, ktorý sa v súčasnosti intenzívne skúma, je priame spájkovanie použitím špeciálnej tzv. aktívnej spájky, ktorá obsahuje malé množstvo aktívneho kovu. Znižuje sa čas potrebný na vyhotovenie spojov, zlepšuje sa hygiena pracovného prostredia a zlepšuje sa ekonomika výroby spájkovaných spojov. Aktívny prvok je dôležitou súčasťou spájky, pretože zabezpečuje zmáčavosť a vznik väzby medzi kovovou spájkou a keramickým materiálom.
Problémom pri spôsobe povlakovania keramických materiálov je technologická a ekonomická náročnosť procesu (sú potrebné špecializované zariadenia). Nevýhodou použitia aktívnych spájok je malý sortiment, zložitá výroba a ich vysoká obstarávacia cena (napr. Sn-Ag-Ti, 0,5 kg/1 200 eur).
V zmysle opísaného stavu sa naskytla príležitosť riešiť danú problematiku a výsledkom úsilia pôvodcov je spôsob spájkovania elektrónovým lúčom pre kombinácie materiálov keramika/kov a prípravok na vytvorenie spájkovaného spoja v predloženom vynáleze.
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky sú odstránené spôsobom spájkovania elektrónovým lúčom pre kombinácie materiálov keramika/kov a prípravkom na vytvorenie spájkovaného spoja podľa tohto vynálezu. Podstata spôsobu spájkovania kombinácie materiálov keramika/kov elektrónovým lúčom spočíva v tom, že v prvom kroku sa medzi dva kombinované spájkované materiály, kde jedným je aktívny kov, ako napr. Ti alebo Zr, alebo Hf, alebo Cr, a druhým je keramický materiál umiestnené v prípravku, kladie vrstva neaktívnej spájky. V druhom kroku sa rozfokusovaným elektrónovým lúčom vo vákuu 1.10-2 Pa pri teplote 650 °C až 1 000 °C smerovaným na prípravok uskutočňuje prenos tepla z prípravku na kombinované spájkované materiály a neaktívnu spájku. V procese spájkovania sa aktívny kov čiastočne rozpúšťa v spájke a svojou aktivitou zabezpečuje zmáčanie keramického materiálu a vznik spoja.
Spôsobom spájkovania sa vytvorí spájkovaný spoj keramika/kov podľa vynálezu, ktorý pozostáva z keramického materiálu, ako napr. SiC, Al2O3, AlN, Si3N4 a pod., a vrstvy aktívneho kovu Ti, Zr, Hf, Cr a pod., s neaktívnou spájkou, ako je napr. In70Sn30, čistý Sn, SnAg3,5 a pod., medzi nimi. Pritom medzi vrstvou aktívneho kovu a neaktívnou spájkou je pásmo rozpustnosti aktívneho kovu. Medzi vrstvou keramického materiálu a neaktívnou spájkou je reakčné pásmo aktívneho kovu s keramickým materiálom. Plošný tvar neaktívnej spájky a aktívneho kovu zodpovedá tvaru spájkovaného dielca. Bežnú neaktívnu spájku je najvhodnejšie použiť vo forme fólie, ktorá sa dá strihať, alebo vo forme pasty (prášok kovu a tekutina), ktorá sa dá presne nanášať (napr. aj pomocou sieťotlače).
Podstata prípravku na vytvorenie spájkovaného spoja spôsobom spájkovania kombinácie materiálov keramika/kov elektrónovým lúčom spočíva v tom, že prípravok je prstencové teleso s horným vnútorným zapusteným osadením.
Výhody vynálezu spájkovania elektrónovým lúčom pre kombinácie materiálov keramika/kov a prípravku na vytvorenie spájkovaného spoja sú zjavné z jeho účinkov, ktorými sa prejavuje navonok. Účinky tohto vynálezu spočívajú najmä v tom, že v snahe vyrobiť spájkovaný spoj keramický materiál/kov, povrch keramického materiálu nebol povlakovaný a na spájkovanie sa nepoužila aktívna spájkovacia zliatina, ktorá sa vyznačuje vysokou obstarávacou cenou (napr. Sn-Ag-Ti, 0,5 kg/1 200 eur). Na spájkovanie kombinácie aktívny kov/keramika sa nepoužije časovo náročné spájkovanie vo vákuovej peci, ale použije sa spájkovanie elektrónovým lúčom. Výhodou spájkovania elektrónového lúča je, že proces prebieha vo vákuu 1.10-2 Pa v pracovnej komore, takže nemôže dochádzať k oxidácii spájkovaných plôch a spájkovacej zliatiny pri vysokej spájkovacej teplote, taktiež nedochádza k oxidácii aktívneho kovu. V novonavrhnutom procese spájkovania sa nevyužíva klasický spôsob spájkovania povlakovaných keramických materiálov. Na spájkovanie sa použila bežná spájka. Týmto spôsobom možno spájkovať všetky reaktívne kovy, ako je Ti, Zr, Hf, Cr a pod., s rôznymi typmi keramických materiálov. Aktívny kov sa v procese spájkovania čiastočne rozpúšťa v spájke. Aktívny kov zabezpečuje zmáčavosť povrchu keramického substrátu.
Prehľad obrázkov na výkresoch
Spôsob spájkovania elektrónovým lúčom pre kombinácie materiálov keramika/kov a prípravok podľa vynálezu budú bližšie objasnené na výkresoch, kde obr. 1 znázorňuje umiestnenie spájkovaného spoja keramika/kov v prípravku a samotný prípravok. Obr. 2 znázorňuje mechanizmus vzniku spoja.
Príklady uskutočnenia vynálezu
Jednotlivé uskutočnenia spôsobu spájkovania elektrónovým lúčom pre kombinácie materiálov keramika/kov a prípravku podľa vynálezu sú predstavované na ilustráciu a nie ako obmedzenia riešení. Odborníci poznajúci stav techniky nájdu alebo budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovania mnoho ekvivalentov na špecifické uskutočnenia vynálezu. Aj takéto ekvivalenty budú potom patriť do rozsahu nasledujúcich patentových nárokov.
Odborníkom poznajúcim stav techniky nemôže robiť problém vhodná voľba materiálov a dimenzovanie, preto tieto znaky neboli detailne riešené.
Príklad 1
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu je opísaný spôsob spájkovania elektrónovým lúčom pre kombinácie materiálov keramika SiC/kov titán, ako to vyplýva z obr. 1 a 2. V prvom kroku sa medzi dva kombinované spájkované materiály, kde jedným je aktívny kov titán a druhým je keramický materiál SiC umiestnené v prípravku, kladie vrstva neaktívnej spájky SnAg3,5 vo forme fólie. V druhom kroku sa rozfokusovaným elektrónovým lúčom vo vákuu 1.10-2 Pa pri teplote 850 °C smerovaným na prípravok uskutočňuje prenos tepla z prípravku na kombinované spájkované materiály a neaktívnu spájku. V procese spájkovania sa aktívny kov čiastočne rozpúšťa v spájke za vzniku spoja.
Parametre spájkovania sú nasledujúce:
- Urýchľovacie napätie 55,0 kV
- Prúd 10,0 mA
- Fokusačný prúd 890,0 mA
- Vákuum 1 x 10-2 Pa
- Čas ohrevu 30,0 s
- Teplota ohrevu 850 °C
- Čas ochladzovania 60 min.
- Vzdialenosť od elektrónového dela 200 ±1 mm
- Oscilácia kruhová 0 25,0 mm
- Kanál A 13,499 V
- Kanál B 13,499 V
- Frekvencia 1 000,0 Hz
- Tvar oscilácie x(0) .y(0).
a + rcas^l b + r sin , < 0; 2π >
Opísaným spôsobom sa vytvorí spájkovaný spoj keramika/kov znázornený na obr. 1. Pozostáva z keramického materiálu SiC a vrstvy aktívneho kovu Ti s neaktívnou spájkou SnAg3,5 vo forme fólie medzi nimi. Pritom medzi vrstvou aktívneho kovu a neaktívnou spájkou je pásmo rozpustnosti aktívneho kovu. Medzi vrstvou keramického materiálu a neaktívnou spájkou je reakčné pásmo aktívneho kovu s keramickým materiálom. Plošný tvar neaktívnej spájky a aktívneho kovu zodpovedá tvaru spájkovaného dielca.
Príklad 2
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu je opísaný spájkovaný spoj keramika/kov vytvorený uvedeným spôsobom, ako je znázornený na obr. 1. Pozostáva z keramického materiálu AI2O3 a vrstvy aktívneho kovu Ti s neaktívnou spájkou na báze Sn vo forme fólie medzi nimi. Pritom medzi vrstvou aktívneho kovu a neaktívnou spájkou je pásmo rozpustnosti aktívneho kovu. Medzi vrstvou keramického materiálu a neaktívnou spájkou je reakčné pásmo aktívneho kovu s keramickým materiálom. Plošný tvar neaktívnej spájky a aktívneho kovu zodpovedá tvaru spájkovaného dielca. Vyrobil sa spoj bez trhlín. Pevnosť spoja zodpovedala pevnosti spájky.
Príklad 3
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu je opísaný spájkovaný spoj keramika/kov vytvorený uvedeným spôsobom, ako je znázornený na obr. 1. Pozostáva z keramického materiálu AIN a vrstvy aktívneho kovu Ti s neaktívnou spájkou ln70Sn30 vo forme fólie medzi nimi. Pritom medzi vrstvou aktívneho kovu a neaktívnou spájkou je pásmo rozpustnosti aktívneho kovu. Medzi vrstvou keramického materiálu a neaktívnou spájkou je reakčné pásmo aktívneho kovu s keramickým materiálom. Plošný tvar neaktívnej spájky a aktívneho kovu zodpovedá tvaru spájkovaného dielca. Vyrobil sa spoj bez trhlín. Pevnosť spoja zodpovedala pevnosti spájky.
Príklad 4
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu je opísaný prípravok na vytvorenie spájkovaného spoja spôsobom spájkovania kombinácie materiálov keramika/kov elektrónovým lúčom, ako je znázornené na obr. 1. Prípravok je prstencové teleso s horným vnútorným zapusteným osadením.
Priemyselná využiteľnosť
Spôsob spájkovania elektrónovým lúčom pre kombinácie materiálov keramika/kov a prípravok podľa vynálezu nachádza uplatnenie všade tam, kde je potrebné spájkovať keramické, nekovové a iné ťažko spájkovateľné materiály s reaktívnym kovom. Môže sa použiť v elektronickom, elektrotechnickom, automobilovom a leteckom priemysle, ale aj vo vákuovej technike. Konkrétne pri spájkovaní priechodiek vysokého napätia z keramiky AI2O3. Pri výrobe UHV (Ultra High Vacuum) komponentov, tranzistorových puzdier a pod. Medzi novšie spojovacie aplikácie patria komponenty motora, ako napríklad Si3N4 rotor turbodúchadla spojený s kovovým hriadeľom.
Claims (2)
1. Spôsob spájkovania elektrónovým lúčom pre kombinácie materiálov keramika/kov, kde sa medzi dva kombinované spájkované materiály aktívny kov/keramický materiál kladie vrstva neaktívnej spájky;
5 vyznačujúci sa tým, že kombinované spájkované materiály aktívny kov/keramický materiál a neaktívna spájka sa umiestňujú v prípravku a následne sa rozfokusovaným elektrónovým lúčom vo vákuu pri teplote 650 °C až 1 000 °C smerovaným na prípravok uskutočňuje prenos tepla z prípravku na kombinované spájkované materiály aktívny kov/keramický materiál a neaktívnu spájku.
2. Prípravok na vytvorenie spájkovaného spoja spôsobom spájkovania elektrónovým lúčom pre 10 kombinácie materiálov keramika/kov, vyznačujúci sa tým, že je to prstencové teleso s horným vnútorným zapusteným osadením.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK29-2020A SK289143B6 (sk) | 2020-04-01 | 2020-04-01 | Spôsob spájkovania elektrónovým lúčom pre kombinácie materiálov keramika/kov a prípravok |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK29-2020A SK289143B6 (sk) | 2020-04-01 | 2020-04-01 | Spôsob spájkovania elektrónovým lúčom pre kombinácie materiálov keramika/kov a prípravok |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK292020A3 SK292020A3 (sk) | 2020-07-01 |
| SK289143B6 true SK289143B6 (sk) | 2023-12-21 |
Family
ID=71401370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK29-2020A SK289143B6 (sk) | 2020-04-01 | 2020-04-01 | Spôsob spájkovania elektrónovým lúčom pre kombinácie materiálov keramika/kov a prípravok |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SK (1) | SK289143B6 (sk) |
-
2020
- 2020-04-01 SK SK29-2020A patent/SK289143B6/sk unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SK292020A3 (sk) | 2020-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11338397B2 (en) | Soldering material for active soldering and method for active soldering | |
| US5156322A (en) | Process for the production of a solder coating on metallized materials | |
| US2835967A (en) | Method of producing a solderable metallic coating on a ceramic body and of solderingto the coating | |
| SK452020U1 (sk) | Spôsob spájkovania kombinácie materiálov keramika/kov elektrónovým lúčom a prípravok na spájkovanie | |
| SK289143B6 (sk) | Spôsob spájkovania elektrónovým lúčom pre kombinácie materiálov keramika/kov a prípravok | |
| EP0922682A1 (en) | Method of forming a joint between a ceramic substrate and a metal component | |
| US20240075546A1 (en) | Method for joining, by direct brazing, a first part and a second part, including steps of preparing the surface of at least one of the parts | |
| US10668574B2 (en) | High temperature devices and applications employing pure aluminum braze for joining components of said devices | |
| SK500792017U1 (sk) | Mäkká bezolovnatá aktívna spájka a spôsob spájkovania | |
| SK289084B6 (sk) | Spôsob spájkovania keramického alebo ťažko zmáčateľného kovového materiálu s vyššou šmykovou pevnosťou a spájkované spoje keramika/ keramika, keramika/kov a kov/kov so spájkou bez obsahu titánu | |
| SK288833B6 (sk) | Mäkká aktívna spájka a spôsob spájkovania | |
| SK402020U1 (sk) | Spôsob spájkovania keramického alebo ťažko zmáčateľného kovového materiálu a spájkovaný spoj so spájkou bez obsahu titánu | |
| SK288485B6 (sk) | Mäkká spájka na báze bizmut-striebro s prídavkom lantánu | |
| SK500302022A3 (sk) | Aktívna spájkovacia zliatina na báze Sn legovaná Sc | |
| SK8675Y1 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Bi-Ag s prídavkom Ti a jej použitie | |
| SK288840B6 (sk) | Mäkká aktívna spájka na ultrazvukové spájkovanie nekovových a kovových alebo dvoch nekovových materiálov pri vyšších aplikačných teplotách | |
| SK501322016U1 (sk) | Spôsob priameho spájkovania pomocou bežnej spájky a medzivrstva na priame spájkovanie | |
| SK500432022U1 (sk) | Aktívna spájkovacia zliatina na báze Sn legovaná Sc | |
| SK288918B6 (sk) | Spôsob priameho spájkovania pomocou bežnej spájky | |
| SK9940Y1 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Zn s prídavkom Mg a Ti, prípadne Al a spôsob spájkovania | |
| SK352019A3 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Bi-Ag s prídavkom Ti a jej použitie | |
| SK652023A3 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Zn s prídavkom Mg a Ti, prípadne Al a spôsob spájkovania | |
| JP2650460B2 (ja) | アルミナセラミックと金属との接合方法 | |
| SK289210B6 (sk) | Mäkká aktívna spájka na báze Au a Sn s prídavkom Ti, prípadne In a spôsob spájkovania | |
| JPH06239668A (ja) | 接合用ロウ材料及びその製造方法 |