一、技術的背景と業界のニーズ

鉄ニッケル定膨張封着合金(Fe-Ni Alloy for control led Expansion Sealing) は、成分制御によって熱膨張係数の正確なマッチングを実現する特殊な金属材料である電子部品パッケージ、航空宇宙センサーシール、半導体機器接続などの場面に広く応用されている。その核心的価値は、異なる材料間の熱膨張係数の違いによる応力割れ問題、例えば集積回路パッケージで合金はセラミック基板(CTE ≒ 6-8 × 10 ⁻ ⁶/℃) と金属ピン (CTE ≒ 16-18 × 10 ⁻ ⁶/℃) と熱膨張係数勾配マッチングを実現する必要がある-55 ℃ から150 ℃ の温度域でのデバイスの信頼性を確保します。

二、エンジン川新材料の技術配置と研究開発の実力

エンジン川新材料 (鄭州)有限会社は鄭州ハイテク区の現代標準工場に頼って、高純度金属の精製、特殊合金の溶製、精密加工をカバーする全チェーン技術体系を構築した。鉄ニッケル合金の分野で、企業は三つの技術方向を重点的に突破した

1. 成分精確制御技術
真空誘導溶解 (VIM) とエレクトロスラグ再溶解 (ESR) のダブルプロセスにより、ニッケル含有量を36 ~ 42% 区間に抑え微量コバルト (Co ≦ 0.5%)、マンガン (Mn ≦ 0.3%) の添加を結合して、熱膨張係数が (9-12)× 10ナノメートル/℃ の範囲で調整できることを実現した異なる応用シーンのニーズに合わせる。例えば、その4J29合金 (ni 36%) は20-100 ℃ の温度域でCTEは10.2 × 10 ⁻ ⁶/℃ で、可伐合金(Kovar) の性能と高い一致している。

2.ミクロ組織均一化技術
方向性凝固と熱間圧延ブランク技術を採用し、合金の結晶粒度をASTM 5-8級に制御し、成分偏析と異方性を減少させた。電子後方散乱回折 (EBSD) 検査を経て、その製品の粒界配向差分布は15 °-45 ° に集中し、材料の耐熱疲労性能を著しく向上させた10回のサイクルロード後の塑性変形量 ≦ 0.02%。

3. 表面処理と封着互換性の最適化
化学ニッケルメッキ (厚さ2-5m m) と陽極酸化処理により、合金表面に高密度酸化層を形成し、ガラス、セラミックスとの濡れ性を高める。実測データによると、その製品と96% アルミナセラミックスの封着強度は35mpaに達し、気密性は1 × 10 Pa Pa・m/s(He漏れ検出法) より優れている。

三、典型的な応用事例: 航空宇宙センサーパッケージ

ある衛星姿勢制御センサープロジェクトでは、従来のKovar合金が-60 ℃ から120 ℃ の温度域で熱膨張係数の不整合によるシール故障問題を解決する必要がある。エンジン川新材料はカスタム化4J36合金案を提供し、以下の技術パラメータで突破を実現した

STEP1:成分最適化
ニッケル含有量を36.5% に引き上げ、0.2% バナジウム (V) を添加して結晶粒を微細化し、合金CTEを-60 ℃ から + 120 ℃ の範囲で9.8 × 10 ⁶ ⁶/℃ に安定させたセンサセラミック基板(CTE = 9.5 × 10 ⁻ ⁶/℃) との整合度は99% に達した。

STEP2: プロセス制御
真空熱処理 (1050 ℃ × 2h、炉冷却) を用いて残留応力を除去し、超音波探傷 (UT) と結合して内部欠陥を検出し、材料の密度 ≧ 99.95% を確保した。

STEP3:封着検証
1000回の熱循環試験 (-60 ℃ → 120 ℃ 、昇降温度速度5 ℃/min) を経て、接合界面にクラックがない気密性保持 ≦ 5 × 10 Pa Pa・m/sで、客先が要求する1 × 10 ⁻ Pa・m/sの基準より明らかに優れている。

四、技術的優位性と業界における価値

エンジン川新材料の鉄ニッケル定膨張封着合金は成分-プロセス-封着全チェーンの最適化を通じて、三つの核心的な優位性を実現した

1. 性能のカスタマイズが可能
CTEは8-14 × 10 ⁻ ⁶/℃ の範囲で必要に応じて調整し、ガラス、セラミックス、金属など多くのマトリックス材料に適合する。

2.信頼性の向上
結晶粒の微細化と残留応力制御技術は材料の耐熱振動性能を40% 向上させ、封止効率を0.5% 以下に低下させた。

3.納入サイクルの短縮
自動生産ラインと品質追跡システムによると、通常の製品の納入サイクルは15日まで圧縮され、業界の平均水準より30% 短縮された。

現在、その製品はGJB 9001C-2017軍標認証に合格し、宇宙科学技術グループ、中電科などの企業で一括応用を実現し、累計で封鎖合金を50トン以上交付した200以上のモデル製品の信頼性検証をサポートしています。