AgCuTi 브레이징 솔더링의 상세 전체 공정

Release time:

2025-08-15

출처:

텐큐 금속

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AgCuTi 브레이징 합금 (일반적으로 은, 구리 및 티타늄을 함유한 활성 브레이징 합금, 예: Ag72Cu28Ti, Ag63Cu35.25Ti1.75 등)은 세라믹-세라믹, 세라믹-금속 및 일부 용접하기 어려운 금속(예: 흑연, 일부 고온 합금)을 연결하는 데 특화된 핵심 재료입니다. 핵심은 티타늄(Ti) 원소에 있으며, 이는 고온에서 매우 활발하여 세라믹 표면과 화학 반응을 일으켜 강력한 결합 계면 반응층을 형성하여 기존 브레이징 합금으로는 달성할 수 없는 신뢰성 있는 연결을 구현합니다.

다음은 사용 AgCuTi 브레이징 합금 브레이징의 자세한 단계와 핵심 사항입니다.

핵심 원리:

티타늄(Ti)은 브레이징 온도에서 세라믹(예: 산화알루미늄 Al₂O₃, 질화알루미늄 AlN, 산화지르코늄 ZrO₂, 탄화규소 SiC) 또는 용접하기 어려운 금속 표면으로 확산되어 티타늄 화합물(예:

사용 단계 및 방법:

1. 공작물 준비 (Workpiece Preparation):

* 청결: 이는 가장 중요한 단계 중 하나입니다. 세라믹 및 금속 용접 표면은 기름, 먼지, 산화물 또는 기타 오염 물질이 없도록 매우 깨끗해야 합니다.

* 금속: 일반적으로 아세톤, 알코올과 같은 유기 용매로 초음파 세척하고 필요한 경우 산세척 또는 알칼리 세척을 통해 산화막을 제거한 다음 탈이온수로 헹구고 완전히 건조합니다. 산화되기 쉬운 금속의 경우 세척 후 즉시 조립하거나 불활성 환경에 보관하는 것이 가장 좋습니다.

* 세라믹: 일반적으로 아세톤, 알코올로 초음파 세척하고 때로는 희석된 산 또는 알칼리 용액으로 처리합니다(세라믹 종류에 따라 부식을 피하기 위해 선택해야 함). 탈이온수로 헹구고 고온에서 건조(>150°C)하여 흡착된 물을 제거합니다. 표면에 지문이 없는지 확인하십시오.

* 표면 처리 (선택 사항이지만 중요):

* 세라믹 금속화 (Metallization): 매우 높은 신뢰성 또는 대형 연결이 필요한 특정 세라믹의 경우 세라믹 표면에 금속 막을 미리 증착할 수 있습니다(예: AgCuTi 이 금속 막을 직접 적셔 브레이징 공정의 민감도를 줄일 수 있습니다. 하지만 AgCuTi 의 핵심 장점은 금속화되지 않은 세라믹을 직접 브레이징할 수 있다는 것입니다.

* 금속 도금 (Plating): 산화되기 쉽거나 브레이징 합금과 상용성이 좋지 않은 금속(예: 일부 스테인리스강, 고온 합금) 표면에 Ni 또는 Cu를 도금하면 습윤성과 접합 성능을 향상시킬 수 있습니다.

2. 브레이징 합금 배치 (Filler Metal Placement):

* AgCuTi 브레이징 합금은 일반적으로 호일(Foil), 분말(Powder) 또는 페이스트(Paste - 분말과 유기 바인더 혼합) 형태로 제공됩니다.

* 호일: 가장 일반적으로 사용됩니다. 필요한 모양과 크기로 정확하게 재단하여 용접할 인터페이스 사이 또는 접합부 바로 옆에 놓습니다. 브레이징 합금이 전체 용접 영역을 덮도록 합니다.

* 분말: 용접할 인터페이스에 균일하게 뿌립니다. 장점은 유연성이 높고 복잡한 모양에 적합하지만 사용량과 균일성을 제어하기가 약간 어렵습니다.

* 페이스트: 스크린 인쇄 또는 점착을 통해 용접할 위치에 적용합니다. 자동화에 편리하지만 가열 과정에서 바인더의 휘발 및 잔류 문제에 주의해야 합니다.

* 핵심: 브레이징 합금의 Ti 원소가 세라믹 표면과 충분히 접촉하도록 합니다. 브레이징 합금의 양은 적당해야 합니다. 과도하면 두꺼운 브레이징 솔기와 취성상이 형성되기 쉽고, 너무 적으면 습윤이 충분하지 않습니다.

3. 조립 및 고정 (Assembly & Fixturing):

* 공작물과 브레이징 합금을 정확하게 정렬하여 조립합니다. 접합부 설계(예: 겹침 길이)는 강도에 매우 중요합니다.

* 특수 "지그 (Jig/Fixture)"를 사용하여 공작물을 고정하여 전체 가열 및 냉각 과정에서 위치가 안정되도록 하고 필요한 브레이징 간격(Braze Gap)을 유지합니다. 세라믹-금속 연결의 경우 간격은 일반적으로 0.05 - 0.2mm 범위 내에서 제어하는 것이 이상적입니다. 간격이 너무 작으면 브레이징 합금의 흐름과 가스 배출이 방해되고, 너무 크면 브레이징 합금이 채우기 어렵거나 취성상이 형성됩니다.

* 지그 재료는 내열성이 있어야 하고 공작물/브레이징 합금과 반응하지 않아야 합니다(예: 흑연, 몰리브덴, 일부 세라믹).

* 공작물에 적절한 압력(Dead Weight)을 가하면 접촉 및 브레이징 합금 흐름을 개선하는 데 도움이 되지만 압력이 너무 크면 세라믹이 부서지거나 변형될 수 있습니다.

4. 브레이징 환경 (Brazing Atmosphere): 매우 중요합니다!

* 진공 (Vacuum)은 가장 일반적으로 사용되고 가장 권장되는 환경입니다.

* 진공도: 충분히 높아야 하며 일반적으로 ≤ 10⁻³ mbar (10⁻³ Torr) 이상(예: 10⁻⁴ - 10⁻⁵ mbar)이 필요합니다. 고진공의 목적은 다음과 같습니다.

* 고온에서 Ti가 산화되어 고장나는 것을 방지합니다(Ti는 산화되기 매우 쉽습니다).

* 공작물 및 지그 표면의 흡착 가스 및 수분을 제거합니다.

* 무산소 환경을 제공하여 브레이징 합금의 우수한 습윤을 보장합니다.

* 진공로는 AgCuTi 브레이징을 수행하는 데 사용됩니다. 의 표준 장비입니다.

* 고순도 불활성 기체 보호 (High Purity Inert Gas - Ar, He):

* 순도 요구 사항이 매우 높고(예: 99.999% 이상), 산소 함량과 수분 함량이 매우 낮아야 합니다(ppm 수준).

* 지속적으로 주입하여 정압을 유지하고 공기를 효과적으로 배제해야 합니다. 기체는 미리 건조 및 정화해야 합니다.

* 효과는 일반적으로 고진공만큼 신뢰할 수 없지만, 일부 대형 또는 연속로 생산에는 선택 사항입니다.

5. 가열 및 브레이징 사이클 (Heating & Brazing Cycle):

* 승온 속도 (Ramp Rate):

* 일반적으로 천천히 승온해야 하며, 특히 저온 단계(예: 실온에서 400-500°C)에서 그렇습니다. 이는 다음을 돕습니다:

* 흡착된 기체, 수분 및 결합제(페이스트 사용 시)를 완전히 제거합니다.

* 세라믹과 금속 간의 열팽창 계수 차이로 인한 열 응력을 줄여 균열을 방지합니다.

* 국부적인 과열을 방지합니다.

* 구체적인 속도는 공작물 크기, 구조 및 재료(특히 세라믹의 열전도율과 취성)에 따라 달라집니다.

* 보온 단계 (Hold/Soak):

* 일반적으로 브레이징 재료의 용융점보다 낮은 온도(예: 고상선보다 50-100°C 낮음)에서 한 번 또는 여러 번 중간 보온을 실시하여 추가적인 탈기와 온도 균형을 맞춥니다.

* 브레이징 온도 (Brazing Temperature):

* 온도는 브레이징 재료의 액상선 온도(Liquidus)보다 높아야 하며, 일반적으로 10-50°C 초과합니다. 흔히 사용되는 AgCuTi 钎料 의 브레이징 온도 범위는 800°C - 950°C 사이입니다(구체적인 온도는 합금 성분과 연결 재료에 따라 달라짐).

* 보온 시간: 브레이징 온도에서 일정 시간(일반적으로 몇 분에서 십여 분) 동안 유지하여 다음을 보장해야 합니다:

* 브레이징 재료가 완전히 용융되어 충분히 흐르도록 합니다.

* Ti 원소가 세라믹 표면으로 확산되어 충분한 화학 반응을 일으켜 양호한 결합을 형성할 수 있도록 합니다.

* 온도를 균일하게 합니다.

* 주의: 온도가 너무 높거나 시간이 너무 길면 Ti가 과도하게 소모되거나, 과도하게 두꺼운 취성 반응층이 형성되거나, 금속 모재가 과도하게 용해되거나, 결정립이 성장하는 등의 문제가 발생할 수 있습니다.

* 냉각 속도 (Cooling Rate):

* 냉각 속도는 잔류 응력과 접합부 성능에 큰 영향을 미칩니다.

* 세라믹-금속 접합부의 경우, 열팽창 계수 차이가 크기 때문에 열 응력을 최소화하고 세라믹 균열 또는 접합부 분리를 방지하기 위해 천천히 냉각(로 냉각 또는 제어 냉각 속도)하는 것이 중요합니다. 때로는 고온 영역(예:

* 낮은 온도(예: <200°C)로 냉각한 후에는 보호 분위기 또는 진공에서 냉각 속도를 높일 수 있습니다.

6. 후처리 (Post-Processing):

* 꺼내기: 로 온도가 충분히 낮아지고(일반적으로 100°C 미만) 보호 분위기 또는 진공 상태에 있을 때만 공작물을 꺼낼 수 있습니다. 고온에서 공기에 노출되어 산화되거나 급랭되는 것을 방지하십시오.

* 세척: 잔류할 수 있는 플럭스(특수 플럭스를 사용한 경우, 하지만 AgCuTi 일반적으로 일반 플럭스는 사용하지 않음), 결합제 탄화물 또는 경미한 산화막을 제거합니다. 기계적 방법(예: 샌드 블라스팅, 와이어 브러시) 또는 화학적 방법(산세척, 알칼리 세척)을 사용할 수 있으며, 모재와 브레이징 솔기를 부식시키지 않는 세척제를 선택해야 합니다.

* 검사: 외관 검사, 비파괴 검사(예: X선, 초음파, 침투 탐상 검사) 및 파괴 검사(예: 금속 조직 분석, 전단/인장 강도 테스트)를 수행하여 접합부 품질을 보장합니다. 금속 조직 검사는 특히 중요하며, 반응층 형상, 두께, 연속성 및 결함(기공, 균열, 미융합) 존재 여부를 관찰할 수 있습니다.

핵심 고려 사항 및 과제:

1. Ti의 산화 민감성: 이것이 가장 큰 과제입니다. 아주 미량의 산소 또는 수분도 Ti 산화 불량을 초래할 수 있습니다. 따라서 초고진공 또는 초고순도 불활성 분위기가 절대적으로 필요합니다.

2. 열 응력 관리: 세라믹과 금속의 CTE 차이는 접합부 불량(특히 균열)의 주요 원인입니다. 접합부를 신중하게 설계하고(예: 중간층 재료, 유연한 구조 사용), 승온/강온 속도(특히 냉각 속도)를 제어하고 기하학적 형상을 최적화해야 합니다.

3. 반응층 제어: 계면 반응층 형성은 연결의 핵심이지만, 두께와 성분을 최적화해야 합니다. 너무 두껍거나 너무 많은 취성상(예: CuTi₂)을 함유하면 접합부 강도와 인성이 저하됩니다. 온도와 시간을 정확하게 제어하는 것이 중요합니다.

4. 비용: AgCuTi 钎料 (귀금속 Ag 및 활성 원소 Ti 포함) 자체 비용이 높고, 고가의 진공 브레이징 장비가 필요합니다.

5. 공정 윈도우: 일반 금속 브레이징에 비해, AgCuTi 브레이징 세라믹의 공정 파라미터(온도, 시간, 간격, 분위기) 윈도우가 좁아 더 정확한 제어가 필요합니다.

6. 모재 선택: 모든 금속이 적합한 것은 아닙니다. 고온에서 금속과 브레이징 재료의 상용성(용해, 취성상 형성), 내산화성(브레이징 온도에서) 및 세라믹과의 CTE 매칭 문제를 고려해야 합니다. 일반적인 금속으로는 Kovar, Kovar 합금, 무산소 구리, 니오브, 탄탈륨, 티타늄, 일부 스테인리스강 및 니켈 기반 합금이 있습니다.

요약:

AgCuTi 브레이징 합금 고성능 세라믹 연결을 구현하는 핵심 재료입니다. 성공적인 적용은 다음에 크게 좌우됩니다.

'* 최고의 청결도.

'* 정밀하게 제어되는 조인트 간격 및 조립.

'* 엄격한 무산소 환경(고진공 선호).

'* 세심하게 최적화된 온도 곡선(특히 느린 가열 및 냉각).

'* 열 응력에 대한 깊은 이해와 효과적인 관리.

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