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Keramik-Metall-Schweißen: Wie man Risse und Delaminationen vermeidet

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Keramik-Metall-Schweißen

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Keramik verfügt über die Eigenschaften Hitzebeständigkeit, Isolierung, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Sie eignen sich für den Einsatz in Hochtemperatur-, Vakuum- und korrosiven Umgebungen und finden breite Anwendung in Halbleitern, Optoelektronik und verschiedenen industriellen Geräten. Allerdings können sie nicht selbständig tragende, leitende und abdichtende Funktionen übernehmen und müssen mit Metallen zusammengefügt werden.

Der Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Materialien ist erheblich. Nach dem Schweißen kommt es häufig zu Spannungsrissen, Trennungen an den Schnittstellen und Problemen mit schwachen Haftkräften. Um eine stabile Verbindung zu erreichen, müssen geeignete Metallwerkstoffe sowie kompatible Metallisierungsverfahren und Schweißprozesse vernünftig ausgewählt werden. In diesem Artikel werden auf der Grundlage konkreter Anwendungsszenarien Materialauswahl, Schweißverfahren und Umsetzungsvorschläge zur Optimierung des Produktdesigns dargelegt.

I. An die Wärmeausdehnung angepasste Metalle: Die beste Wahl

Diese Art von Metall hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der dem von Keramik ähnlich ist, mit geringer Schweißspannung und ausgezeichneter Temperaturstabilität. Es ist das bevorzugte Material in den Bereichen Vakuumverpackung, Halbleiter und Präzisionsoptik.

1.Kovar-Legierung（Fe-Ni-Co）

Das thermische Ausdehnungsverhalten ist mit Aluminiumoxid-Keramik kompatibel, und die Anwendungstechnologie ist ausgereift. In Kombination mit keramischer Vernickelung und Aktivierungslötverfahren sind die Abdichtungsleistung, die Temperaturwechselbeständigkeit und die Schnittstellenstabilität der Verbindungskomponenten hervorragend und werden hauptsächlich in Vakuumverpackungen, in der Optoelektronik und bei Trägern für Halbleitergeräte eingesetzt. Die Oberflächenmetallisierung beim Schweißen muss gleichmäßig sein, und die Auswahl des Zusatzwerkstoffs bestimmt die Zuverlässigkeit der Anwendung.

2. Eisen-Nickel-Legierungen (Invar, etc.)

Die Ausdehnungsrate ist äußerst gering, und die thermische Schweißspannung ist extrem niedrig. Es eignet sich für hochpräzise Einsatzszenarien und wird häufig für keramische Präzisionsverpackungen, optische Komponenten und Trägerstrukturen für Messgeräte verwendet.

II. Metalle mit hoher Leitfähigkeit/Wärmeleitfähigkeit: Spannungsbehandlung erfordert Aufmerksamkeit

Bei Anwendungen, die eine hohe elektrische oder thermische Leitfähigkeit erfordern, werden in der Regel Kupfer und seine Legierungen verwendet. Aufgrund des erheblichen Unterschieds in der thermischen Ausdehnung zwischen diesen Werkstoffen und Keramiken ist jedoch eine Optimierung des Prozesses erforderlich, um Rissbildung zu vermeiden.