Процесс вакуумной пайки меди

Медь обладает превосходной электропроводностью, теплопроводностью, коррозионной стойкостью, пластичностью и определенной прочностью. Добавление различных легирующих элементов к меди может повысить ее коррозионную стойкость, прочность и улучшить обрабатываемость.
Основной материал:
1. Чистая медь (кислородная медь, бескислородная медь)
Состав: Содержание меди ≥99,5%, может содержать небольшое количество примесей (таких как кислород, сера, свинец).
Характеристики: Отличная электропроводность (около 100% IACS) и теплопроводность, но высокое содержание кислорода (содержание кислорода в обычной меди, такой как T2, составляет около 0,06%~0,1%).
Сценарии использования: Подходит для общих токопроводящих или теплопроводящих сценариев (например, бытовые кабели, трубы, медные радиаторы, медные охлаждающие пластины и т. д.) и чувствителен к стоимости.
Оксиды Cu2O или CuO, образующиеся на поверхности чистой меди, легко удаляются, поэтому паяемые свойства чистой меди очень хорошие.
Чистая медь содержит оксид меди. Если пайка выполняется в восстановительной атмосфере, содержащей водород, водород будет диффундировать в медь, восстанавливая оксид меди с образованием водяного пара. В тяжелых случаях медь может сломаться.
Чистую медь нельзя укрепить термической обработкой. Прочность чистой меди, укрепленной холодной обработкой, после пайки снизится, особенно после пайки в печи, чистая медь станет очень мягкой. При выборе метода нагрева для пайки следует в полной мере учитывать размягчение чистой меди.

2. Бескислородная медь:
Состав: Содержание меди ≥99,99%, содержание кислорода ≤0,003% (TU0, TU1 и т.д.).
Особенности: Практически полное отсутствие кислорода, более высокая проводимость (близкая к теоретическому значению), лучшая стойкость к водородному охрупчиванию и производительность обработки.
Сценарии применения: соответствие требованиям высокой чистоты и низкого содержания кислорода, например, в вакуумной среде (примеси кислорода могут легко вызвать разряд или загрязнение). Высокочастотная электроника (высокая проводимость снижает потери сигнала). Точная обработка (во избежание образования трещин, вызванных окислами).

Процесс вакуумной пайки меди:
1. Процесс пайки эвтектическим припоем серебро-медь (AgCu28)
Оптимальные параметры: При температуре пайки 810-850 ℃ и времени выдержки 5 минут прочность соединения на сдвиг достигает максимального значения 240 МПа; прочность снижается после превышения 850℃.
Микроструктура: Соединение состоит из твердого раствора на основе меди (ближе к стороне основного материала) и эвтектической структуры серебра и меди (в центре паяного шва).
При повышении температуры слой твердого раствора на основе меди утолщается, эвтектический слой истончается, а общая ширина паяного шва уменьшается.
Вид разрушения: разрушение чаще всего происходит на стыке твердого раствора на основе меди и эвтектической структуры серебро-медь.
Преимущества вакуумной пайки: предотвращение окисления, снижение остаточных напряжений, отсутствие необходимости в флюсе, снижение пористости и дефектов, связанных со шлаковыми включениями.

2. Процесс пайки аморфным медно-фосфорным припоем (Cu-Ni-Sn-P)
Оптимизация процесса: температура плавления аморфного припоя на 4,5 ℃ ниже, чем у обычного припоя, диапазон кристаллизации на 3,5 ℃ меньше, а смачиваемость значительно улучшена (большая площадь растекания).
Наилучшая смачиваемость была достигнута при температуре 680 ℃ в течение 20 минут, при этом площадь распределения составила 270 мм².
Микроструктура: Содержание хрупкой фазы Cu₃P в сварном шве уменьшается с увеличением времени выдержки, в то время как содержание пластичного твердого раствора на основе Cu увеличивается, тем самым повышая прочность соединения.
Диффузия элементов: Sn, Ni и P в значительной степени диффундируют с основным материалом, а основным процессом является реакционное смачивание, что приводит к образованию плотного интерфейса.

3. Серебряно-медно-фосфорный припой
Фосфорный элемент в припое помогает улучшить способность припоя к самофлюсованию, тем самым устраняя необходимость в дополнительном флюсе во время процесса пайки. Припой обладает хорошей текучестью и смачиваемостью и специально используется для пайки меди и медных сплавов.
Сценарии применения: Припой из серебра, меди и фосфора является идеальным выбором для соединения меди и медных сплавов. Он очень популярен в отрасли HVAC и обычно используется в отрасли HVAC/R (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха и охлаждение) для соединения медных труб и компонентов в холодильных системах, теплообменниках и устройствах кондиционирования воздуха; в автомобильной отрасли он используется для сварки топливных линий и компонентов трансмиссии; его низкая температура плавления и самофлюсующиеся свойства также подходят для применения в трубопроводах и других соединениях на основе меди. Вакуумные выключатели, контакты, пайка электроматериалов.
BCuP-5 (15 серебро медь фосфор), BCuP8 (18 серебро медь фосфор) (форма: паяльная паста, припойная пластина) также используются в качестве припоев для вакуумной пайки меди.
На практике для оптимизации производительности требуется выбор типа припоя и параметров процесса с учетом конкретных обстоятельств.