1. Технический контекст и потребности отрасли

Fe-Ni Alloy for Controlled Expansion Sealing (Fe-Ni Alloy for Controlled Expansion Sealing)-это специальный металлический материал, который обеспечивает точное согласование коэффициента теплового расширения посредством регулирования состава и широко используется в упаковке электронных компонентов, уплотнении аэрокосмических датчиков, соединении полупроводникового оборудования и других сценариях. Его основная ценность заключается в решении проблемы растрескивания напряжений из-за различий в коэффициентах теплового расширения между различными материалами. Например, в упаковке интегральной схемы сплав должен быть связан с керамической подложкой (CTE ≈ 6-8 × 10 ⁻/℃) и металлическими выводами (CTE ≈ 16-18 × 10 ⁻/℃) достижение градиентного согласования коэффициента теплового расширения для обеспечения надежности устройства при температуре от-55 ° C до 150 ° C.

Техническое расположение и сила исследований и разработок новых материалов Qingchuan

Компания Qingchuan New Materials (Zhengzhou) Co., Ltd. опирается на современный стандартный цех в высокотехнологичной зоне Чжэнчжоу для создания системы технологии с полной цепью, охватывающей очистку металлов высокой чистоты, плавку специальных сплавов и точную обработку. В области ферроникелевых сплавов предприятия сосредоточены на трех основных технологических направлениях:

1. Технология точного регулирования состава
Благодаря двойному процессу вакуумной индукционной плавки (VIM) и электрошлаковой переплавки (ESR) содержание никеля контролировалось в диапазоне 36%-42% в сочетании с добавлением следовых количеств кобальта (Co ≤ 0,5%) и марганца (Mn ≤ 0,3%) для достижения коэффициента теплового расширения в (9-12) регулируемый в пределах диапазона × 10 ⁻/℃, соответствующий требованиям различных сценариев применения. Например, его сплав 4J29 (Ni36 %) имеет CTE 10,2 × 10 ⁻/° С при температуре от 20 до 100 ° С, что в высокой степени соответствует характеристикам вырубленного сплава (Kovar).

2. Технология гомогенизации микроорганизации
Используя процессы направленного затвердевания и горячей прокатки, степень зерна сплава контролируется на уровне ASTM 5-8 для уменьшения сегрегации компонентов и анизотропии. После обнаружения дифракции обратного рассеяния электронов (EBSD) распределение разности ориентации границ зерен продукта сконцентрировано в 15 °-45 °, что значительно улучшает термостойкость материала, а объем пластической деформации ≤ 0,02% после 10 раз циклической загрузки.

3. Обработка поверхности и оптимизация совместимости с уплотнением
При химическом никелении (толщина 2-5 мкм) и обработке анодированием на поверхности сплава образуется плотный оксидный слой, который улучшает смачиваемость со стеклом и керамикой. Измеренные данные показывают, что прочность уплотнения его продукта с 96% глиноземной керамики составляет 35 МПа, а воздухонепроницаемость лучше, чем 1 × 10 ⁻ ¹ Pa · m³/с (метод обнаружения утечки He).

Типичный случай применения: упаковка аэрокосмического датчика

В рамках проекта по созданию спутникового датчика ориентации заказчику необходимо решить проблему отказа уплотнения из-за несоответствия коэффициентов теплового расширения традиционных сплавов Kovar в температурных зонах от-60 ° С до 120 ° С. Qingchuan New Material предлагает заказную схему сплава 4J36 для достижения прорыва по следующим техническим параметрам:

STEP1: Оптимизация ингредиентов
Содержание никеля было увеличено до 36,5%, и 0,2% ванадия (V) были добавлены для измельчения зерна, чтобы стабилизировать CTE сплава в диапазоне от-60 ° C до + 120 ° C на уровне 9,8 × 10 ° C/° C, и керамическая подложка датчика (CTE = 9,5 × 10 ° C) согласование 99%.

STEP2: Контроль процесса
Использование вакуумной термической обработки (1050 ° C × 2 ч, с охлаждением в печи) для устранения остаточного напряжения, в сочетании с ультразвуковой дефектной детекцией (UT) для обнаружения внутренних дефектов, чтобы гарантировать, что плотность материала составляет ≥ 99,95%.

STEP3: Проверка уплотнения
После 1000 испытаний теплового цикла (-60 ℃ → 120 ℃, скорость подъема и понижения температуры 5 ℃/мин), на поверхности уплотнения нет трещин, а воздухонепроницаемость поддерживается ≤ 5 × 10 ⁻ ² Pa · m³/с, значительно превосходит стандарт 1 × 10 ⁻ ¹ Pa · м³/с, требуемый заказчиком.

IV. Технические преимущества и отраслевая ценность

Железно-никелевый сплав с фиксировенным расширением нового материала Qingchuan оптимизирован с помощью всей цепи «Состав-процесс-уплотнение» для достижения трех основных преимуществ:

1. Производительность может быть подведена
Поддерживает настройку CTE по мере необходимости в диапазоне 8-14 × 10 ⁻/℃ и адаптацию к различным материалам матрицы, таким как стекло, керамика и металл.

2. Повышение надежности
Технология измельчения зерна и контроля остаточного напряжения улучшает термоударные характеристики материала на 40% и снижает эффективность срабатывания уплотнения до менее чем 0,5%.

3. Сокращение срока поставки
Опираясь на автоматизированную производственную линию и систему отслеживания качества, цикл поставки обычной продукции сокращается до 15 дней, что на 30% меньше, чем в среднем по отрасли.

В настоящее время его продукция прошла сертификацию военного стандарта GJB 9001C-2017, и она была применена партиями в Aerospace Science and Technology Group, China Electric и других предприятиях. Совокупная поставка уплотненных сплавов превысила 50 тонн, поддерживая проверку надежности более 200 моделей продуктов.