1.ろう付け性
セラミックとセラミック、セラミックと金属の部品をろう付けすることは困難です。ほとんどのはんだはセラミック表面にボールを形成し、濡れはほとんどまたはまったくありません。セラミックを濡らすことができるろう付け溶加材は、ろう付け中に接合界面でさまざまな脆性化合物（炭化物、ケイ化物、三元または多変量化合物など）を形成しやすくなります。これらの化合物の存在は、ジョイントの機械的特性に影響を与えます。また、セラミック、金属、はんだの熱膨張係数の差が大きいため、ろう付け温度を室温まで下げた後、接合部に残留応力が生じ、接合部に亀裂が生じる可能性があります。
一般的なはんだに活性金属元素を添加することにより、セラミック表面のはんだの濡れ性を向上させることができます。低温で短時間のろう付けは、界面反応の影響を減らすことができます。接合部の熱応力は、適切な接合部の形状を設計し、中間層として単層または多層の金属を使用することによって減らすことができます。
2.はんだ
セラミックと金属は通常、真空炉または水素とアルゴンの炉で接続されます。一般的な特性に加えて、真空電子デバイス用のろう付け溶加材にもいくつかの特別な要件が必要です。たとえば、デバイスの誘電体漏れや陰極中毒を引き起こさないように、はんだには高い蒸気圧を生成する元素が含まれていてはなりません。一般に、デバイスが動作しているとき、はんだの蒸気圧は10-3paを超えてはならず、含まれている高蒸気圧の不純物は0.002％〜0.005％を超えてはなりません。はんだのw（o）は、水素中でのろう付け中に発生する水蒸気が溶融はんだ金属の飛散を引き起こす可能性があることを避けるために、0.001％を超えてはなりません。さらに、はんだは清潔で表面酸化物がない状態でなければなりません。
セラミック金属化後のろう付けには、銅、ベース、銀銅、金銅、その他の合金ろう付け溶加材を使用できます。
セラミックおよび金属の直接ろう付けには、活性元素TiおよびZrを含むろう付け溶加材を選択する必要があります。二元溶加材は主にTiCuとTiNiで、1100℃で使用できます。三元はんだの中で、Ag Cu Ti（W）（TI）が最も一般的に使用されるはんだであり、さまざまなセラミックや金属の直接ろう付けに使用できます。三元溶加材は、箔、粉末、またはTi粉末を含むAgCu共晶溶加材で使用できます。B-ti49be2ろう付け溶加材は、ステンレス鋼と同様の耐食性と低蒸気圧を備えています。耐酸化性と耐漏れ性を備えた真空シール接合部で優先的に選択できます。ti-v-crはんだでは、w（V）が30％のときに溶融温度が最も低く（1620℃）、Crを添加することで溶融温度範囲を効果的に下げることができます。Crを含まないB-ti47.5ta5はんだは、アルミナと酸化マグネシウムの直接ろう付けに使用されており、その接合部は周囲温度1000℃で動作します。表14に、セラミックと金属を直接接続するための有効フラックスを示します。
表14セラミックおよび金属ろう付け用の活性ろう付け溶加材
2.ろう付け技術
事前に金属化されたセラミックは、高純度の不活性ガス、水素、または真空環境でろう付けすることができます。真空ろう付けは、一般に、金属化せずにセラミックを直接ろう付けするために使用されます。
（1）ユニバーサルろう付けプロセスセラミックと金属のユニバーサルろう付けプロセスは、表面洗浄、ペーストコーティング、セラミック表面金属化、ニッケルメッキ、ろう付け、溶接後検査の7つのプロセスに分けることができます。
表面洗浄の目的は、母材表面の油汚れ、汗汚れ、酸化皮膜を除去することです。金属部品とはんだを最初に脱脂し、次に酸化皮膜を酸またはアルカリ洗浄で除去し、流水で洗浄して乾燥させます。要件の高い部品は、真空炉または水素炉（イオン衝撃法も使用可能）で適切な温度と時間に熱処理して部品の表面を精製する必要があります。洗浄した部品は、脂っこいものや素手に触れてはなりません。それらはすぐに次のプロセスまたは乾燥機に入れられます。長時間空気にさらしてはならない。セラミック部品は、アセトンと超音波で洗浄し、流水で洗浄し、最後に脱イオン水で毎回15分間2回煮沸します。
ペーストコーティングは、セラミックメタライゼーションの重要なプロセスです。コーティング中、それはブラシまたはペーストコーティング機で金属化されるセラミック表面に適用されます。コーティングの厚さは一般的に30〜60mmです。ペーストは、一般に、粒子サイズが約1〜5umの純粋な金属粉末（場合によっては適切な金属酸化物が添加されている）と有機接着剤から調製されます。
貼り付けたセラミック部品を水素炉に送り、湿った水素または分解したアンモニアで1300〜1500℃で30〜60分間焼結します。水素化物でコーティングされたセラミック部品は、約900℃に加熱して水素化物を分解し、セラミック表面に残っている純金属またはチタン（またはジルコニウム）と反応させて、セラミック表面に金属コーティングを施します。
Mo Mn金属化層の場合、はんだで濡らすには、1.4〜5umのニッケル層を電気めっきするか、ニッケル粉末の層でコーティングする必要があります。ろう付け温度が1000℃未満の場合は、水素炉でニッケル層を予備焼結する必要があります。焼結温度と時間は1000℃/15〜20分です。
処理されたセラミックは金属部品であり、ステンレス鋼またはグラファイトとセラミックの型で全体を組み立てる必要があります。接合部にははんだを取り付け、作業中はワークを清潔に保ち、素手で触れないようにしてください。
ろう付けは、アルゴン、水素、または真空炉で行う必要があります。ろう付け温度は、ろう付け溶加材によって異なります。セラミック部品のひび割れを防ぐために、冷却速度は速すぎてはなりません。さらに、ろう付けは特定の圧力（約0.49〜0.98mpa）を加えることもできます。
表面品質検査に加えて、ろう付けされた溶接物は、熱衝撃および機械的特性検査も受けなければならない。真空装置のシール部品も、関連する規制に従って漏れ試験を受ける必要があります。
（2）直接ろう付けの場合は直接ろう付け（活性金属法）で、まずセラミックと金属の溶接物の表面を洗浄してから組み立てます。構成材料の異なる熱膨張係数によって引き起こされる亀裂を回避するために、緩衝層（金属シートの1つまたは複数の層）を溶接部間で回転させることができます。ろう付け用金属は、2つの溶接部の間に挟むか、隙間を可能な限りろう付けする位置に配置し、通常の真空ろう付けと同様にろう付けを行う。
直接ろう付けにAgCuTiはんだを使用する場合は、真空ろう付け法を採用します。炉内の真空度が2.7×10-3paで加熱を開始すると、この時点で温度が急激に上昇する可能性があります。温度がはんだの融点に近い場合は、溶接部のすべての部分の温度が同じになるように、温度をゆっくりと上げる必要があります。はんだが溶けたら、急速にろう付け温度まで上昇させ、保持時間は3〜5分とします。冷却中は700℃前にゆっくりと冷却し、700℃以降は炉で自然冷却することができます。
Ti Cu活性はんだを直接ろう付けする場合、はんだの形態は、Cu箔とTi粉末、またはCu部品とTi箔、またはセラミック表面をTi粉末とCu箔でコーティングすることができます。ろう付けの前に、すべての金属部品を真空で脱気する必要があります。無酸素銅の脱気温度は750〜800℃、Ti、Nb、Ta等は900℃で15分間脱気します。このとき、真空度は6.7×10-3Pa以上でなければなりません。ろう付けの際、溶接する部品をフィクスチャに組み付け、真空炉で900〜1120℃に加熱し、保持時間は2〜2〜 5分。ろう付けプロセス全体を通して、真空度は6.7×10-3Pa以上でなければなりません。
TiNi法のろう付け工程はTiCu法と同様であり、ろう付け温度は900±10℃です。
（3）酸化物ろう付け法酸化物ろう付け法は、酸化物はんだの溶融により形成されたガラス相を用いてセラミックに浸透し、金属表面を濡らすことにより、確実な接続を実現する方法です。セラミックとセラミック、セラミックと金属をつなぐことができます。酸化物ろう付け溶加材は、主にAl2O3、Cao、Bao、MgOで構成されています。B2O3、Y2O3、ta2o3を添加することにより、さまざまな融点と線膨張係数を持つろう材を得ることができます。さらに、CaF2とNaFを主成分とするフッ化物ろう付け溶加材を使用して、セラミックと金属を接続し、高強度と高耐熱性の接合部を得ることができます。
投稿時間：2022年6月13日