Технический фон и потребности отрасли

Титано-никелевый сплав с определенной коэффициентом теплового расширения — это вид特种 сплавов, достигаемый точным регулированием соотношения элементов железа и никеля для получения специфического коэффициента теплового расширения, который широко используется в упаковке электронных компонентов, в авиационно-космической технике и других точных приборах. Основная ценность заключается в решении проблемы трещин, возникающих из-за различий в коэффициентах теплового расширения различных материалов, например, в упаковке полупроводников, где соединение стекла с металлом требует соответствия коэффициенту теплового расширения стекла (примерно 8×10⁻⁶/℃), что традиционные металлы трудно обеспечить. Компания "Qingchuan New Materials (Zhengzhou) Co., Ltd." благодаря своей технологии приготовления высокопurity металлов успешно разработала индивидуальные сплавы, соответствующие коэффициенту теплового расширения от 5 до 12×10⁻⁶/℃，заполнив пробел на рынке отечественных материалов с средним коэффициентом теплового расширения.

Технологическая схема и основные параметры

Регулировка коэффициента теплового расширения сплавов с фиксированным коэффициентом расширения железа и никеля зависит от свойств растворов в двуосновной фазовой диаграмме Fe-Ni. При содержании никеля от 30% до 50% сплав имеет кристаллическую решетку типа фиброзного куба, и коэффициент теплового расширения линейно снижается с увеличением содержания никеля. Компания Chuan New Materials контролирует содержание никеля в диапазоне 36% ± 0,2% с помощью технологии вакуумной индукционной плавки, точное соответствие холодной прокатки (60%-75%) и температуры отжига (1050-1100℃), чтобы стабилизировать коэффициент расширения на уровне 8,5×10⁻⁶/℃ ± 0,3×10⁻⁶/℃. Этот параметр прошел тестирование по стандарту GB/T 4338-2006, и коэффициент расширения колеблется менее чем на 0,5% в диапазоне температур от -50 до 300℃, значительно превосходит средний уровень отрасли (±1,2×10⁻⁶/℃).

Производственное оборудование и планировка технологической схемы

Китайская компания "Qingchuan New Materials" расположена на производственной базе в高新技术ном районе Zhengzhou и оснащена 10-тонными вакуумными индукционными печами, четырехвалковыми холодными прокатными станами и непрерывными печами для отжига и других основных установок. Вакуумные индукционные печи используют технологию управляемого магнитным полем вольфрамового электрода, что позволяет поддерживать содержание кислорода на уровне менее 15 ppm, предотвращая влияние оксидных примесей на коэффициент расширения; холодные прокатные станы оборудованы лазерными толщиномерами для реального времени мониторинга допусков толщины листов (±0,02 мм), что гарантирует точность последующей обработки; печи для отжига используют защитную атмосферу азота и систему управления температурой с段ами (скорость升温 ≤ 5°C/мин, время保温 2-4 часа), что устраняет应力 обработки и стабилизирует структуру кристаллов. Эти установки поддерживают годовую производительность линии特种 сплавов в 500 тонн, продукция которой включает листы толщиной от 0,1 до 3 мм и стержни диаметром от φ3 до φ50 мм.

Типичные примеры применения: герметизация сенсоров космического аппарата

В проекте герметизации температурных датчиков космических аппаратов клиенту необходимо решить проблему совместимости сплава Kovar (коэффициент теплового расширения 5.2×10⁻⁶/℃) и硼осиликатного стекла (коэффициент теплового расширения 7.8×10⁻⁶/℃). Новые материалы Qinchuan предоставляют customizable сплав 4J36 (содержание никеля 36%), где за счет регулировки процесса отжига коэффициент теплового расширения提高到 7.6×10⁻⁶/℃，соответствие стеклу составляет 97.4%. После 100 циклов термообработки от -196℃ до 200℃ на герметичном соединении не было обнаружено трещин или отслоений, утечка в процессе контроля герметичности (質谱ный анализатор He) составила менее 1×10⁻¹¹ Pa·m³/s, что соответствует требованиям надежности космического класса. В этом проекте использовано 2.3 тонны сплавного материала, после замены импортной продукции затраты снизились на 35%, а срок поставки сократился до 45 дней.

Технические преимущества и отраслевая адаптивность

Три основные преимущества сплава для термоусадки герметизации Fe-Ni от XinChuan New Materials: 1) широкий диапазон регулируемого коэффициента расширения (5-12×10⁻⁶/℃), который удовлетворяет потребностям в электронике, оптике, энергетике и других отраслях; 2) высокая однородность состава (oscillation content of nickel ≤0.2%), предотвращающая концентрацию местных напряжений; 3) отличные свойства обработки, холодная прокатка может достигать 80% деформации без трещин, поддерживая сложную структуру формования. В настоящее время материал используется в таких приложениях, как фильтры базовых станций 5G, окна для детекторов инфракрасного излучения, механизмы управления стержнями ядерных реакторов и т.д.,累计 обслуживает более 200 клиентов, 30% из которых — военные и предприятия по производству высококачественного оборудования.

Направления развития будущих технологий

Для удовлетворения спроса на материалы с низким уровнем потерь для высокочастотных элементов связи, компания Chongqian New Materials разрабатывает сплавы железа и никеля с определенным объемным расширением с низким магнитным проводимостью (μr≤1.05), подавляя перемещение магнитных畴 стенок добавлением微量 молибдена (0,5%-1,2%), что снижает потери вихревых токов. Итоговые тесты показали, что в диапазоне частот 10 ГГц, тангенс диэлектрических потерь сплава (tanδ) может быть снижен до 0,002 и менее, что на 40% превосходит традиционные материалы. Эта технология ожидается к量产 в 2025 году, обеспечивая поддержку ключевых материалов для оборудования 6G связи.