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扩散焊是制造电真空器件的关键工艺技术之一,具有连接精度高、接头强度高、可焊材料多样等优点。在电真空器件领域具有广阔的应用前景。本文简要介绍了真空扩散焊接技术的特点、分类、连接材料以及在电真空领域的典型应用。
电真空装置是由数十种材料(包括金属和非金属材料)通过焊接方法连接而成的高度复杂的部件。制造电真空器件常用的焊接方法包括钎焊、电弧焊、电阻焊、激光焊、电子束焊、扩散焊、冷压焊等。随着器件向毫米波方向发展,对器件的连接精度和变形提出了更严格的要求。扩散焊接可以连接绝大多数材料,包括以前认为不可能连接的金属和非金属,并使接头高度可靠,具有高静态和动态负载强度、热稳定性、真空密封和高弹性。它还可以实现精确焊接,确保焊接结构具有给定的几何参数和性能。因此,真空扩散焊接在真空电子器件的制造过程中具有广阔的应用前景。
1.扩散焊
前苏联的Kazakov在20世纪50年代中期提出了真空扩散焊接技术。这主要包括固态扩散键合、瞬态液相键合(TLP)和部分瞬态液相结合(PTLP)。
1.1固相扩散焊
固相扩散焊接是目前最常用的扩散焊接方法。固相真空扩散焊是一种依靠界面原子迁移在一定时间、温度和压力下实现键合的固态工艺。要连接的表面必须光滑(Ra<0.4μm)清洁,扩散焊接温度通常为(0.5-0.9)Tm(Tm是材料的熔点,当连接不同材料时,Tm是低熔点材料的熔点)。由于材料热膨胀和冶金不相容性的不匹配,一些连接接头很难实现直接扩散焊接,通常使用中间层(或复合中间层)。近年来,为了克服高温、高压和长时间(甚至长达几个小时)的问题,已经开发了固相扩散焊接。
1.2 TLP
TLP是一种介于熔焊和压力焊之间的焊接方法。TLP是一种具有特殊成分和低熔点的薄中间层合金,用作连接合金。它被放置在焊接表面之间,施加较小或没有施加压力,并在真空条件下加热,直到中间层合金熔化。液态中间层合金润湿基材,在焊接表面之间形成均匀的液膜。经过一定的绝缘时间后,中间层合金和基材之间发生扩散,合金元素趋于平衡。熔点升高,达到扩散焊接加热温度,并进一步扩散,形成固体连接[3]。
2.结论
随着电真空器件高频化、小型化的发展,以及新型高性能材料的不断应用,对元器件的连接性能提出了更高的技术要求,必将推动真空扩散焊接技术在电真空器件领域的应用和发展。与此同时,扩散焊接技术正在不断研究新的工艺方法,这也将为采用新材料和新结构提高真空器件的性能提供技术支持。