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Saldatura ceramica-metallo: Come prevenire le cricche e la delaminazione

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Saldatura ceramica-metallo

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La ceramica possiede proprietà di resistenza al calore, isolamento, resistenza all'usura e alla corrosione. Sono adatte all'uso in ambienti ad alta temperatura, sottovuoto e corrosivi e trovano ampia applicazione nei semiconduttori, nell'optoelettronica e in varie apparecchiature industriali. Tuttavia, non possono eseguire autonomamente operazioni di carico, conduzione e tenuta e devono essere assemblati con metalli.

La differenza dei coefficienti di espansione termica tra i due materiali è significativa. Dopo la saldatura, è probabile che si verifichino cricche da stress, separazione dell'interfaccia e problemi di debolezza della forza di adesione. Per ottenere una connessione stabile, è necessario selezionare in modo ragionevole i materiali metallici appropriati, insieme a trattamenti di metallizzazione e processi di saldatura compatibili. Questo articolo, basato su scenari applicativi reali, analizza la selezione dei materiali, i processi di saldatura e i suggerimenti per l'implementazione, al fine di ottimizzare la progettazione del prodotto.

I. Metalli compatibili con l'espansione termica: La scelta migliore

Questo tipo di metallo ha un coefficiente di espansione termica simile a quello della ceramica, con basse sollecitazioni di saldatura ed eccellente stabilità di temperatura. È il materiale preferito nei settori dell'imballaggio sottovuoto, dei semiconduttori e dell'ottica di precisione.

1.Lega Kovar (Fe-Ni-Co)

Le sue prestazioni di espansione termica sono compatibili con la ceramica di allumina e la tecnologia di applicazione è matura. In combinazione con la nichelatura ceramica e i processi di brasatura di attivazione, le prestazioni di tenuta, i cicli termici e la stabilità dell'interfaccia dei componenti di connessione sono eccellenti, e viene utilizzata soprattutto per l'imballaggio sotto vuoto, l'optoelettronica e i supporti dei dispositivi a semiconduttore. La metallizzazione superficiale della saldatura deve essere uniforme e la scelta del metallo d'apporto determina l'affidabilità dell'uso.

2. Leghe ferro-nichel (Invar, ecc.)

Il tasso di espansione è estremamente basso e lo stress termico di saldatura è estremamente ridotto. È adatta a scenari di utilizzo di alta precisione e viene spesso utilizzata per imballaggi ceramici di precisione, componenti ottici e strutture di supporto per strumenti di rilevamento.

II. Metalli ad alta conducibilità/conducibilità termica: Il trattamento delle sollecitazioni richiede attenzione

Nelle applicazioni che richiedono un'elevata conducibilità elettrica o termica, il rame e le sue leghe sono comunemente utilizzati; tuttavia, a causa della significativa differenza di espansione termica tra questi materiali e la ceramica, l'ottimizzazione del processo è essenziale per evitare problemi di cricche.