Nền tảng kỹ thuật: Giá trị công nghiệp của hợp kim hàn mở rộng không đổi sắt-niken

Hợp kim niêm phong giãn nở không đổi sắt-niken là một loại vật liệu hợp kim đặc biệt phù hợp với hệ số giãn nở nhiệt của các vật liệu phi kim loại như thủy tinh và gốm bằng cách kiểm soát chính xác tỷ lệ của các nguyên tố sắt (Fe) và niken (Ni). Ưu điểm cốt lõi của nó là nó có thể tránh được lỗi đóng gói do ứng suất nhiệt và được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị bán dẫn, cảm biến, điện tử hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác có yêu cầu độ tin cậy cao. Công ty TNHH Vật liệu mới Qingchuan (Trịnh Châu) dựa vào nhà máy tiêu chuẩn hiện đại tại Khu công nghệ cao Trịnh Châu, được trang bị dây chuyền sản xuất luyện kim, xử lý nhiệt và gia công chính xác có độ chính xác cao, tập trung vào nghiên cứu phát triển và sản xuất quy mô lớn hợp kim giãn nở không đổi sắt-niken, với độ tinh khiết sản phẩm hơn 99,95% và hệ số giãn nở Độ ổn định được kiểm soát trong phạm vi ± 1 × 10 × 10 −/℃.

Phân tích kỹ thuật: thiết kế thành phần và kiểm soát hiệu suất

Cốt lõi của hiệu suất của hợp kim mở rộng không đổi sắt-niken nằm ở thiết kế thành phần. Vật liệu mới của Qingchuan điều chỉnh hàm lượng niken trong hệ thống nhị phân Fe-Ni (thường là 30% ~ 50%), kết hợp với việc bổ sung vi lượng coban (Co), mangan (Mn) và các nguyên tố khác, để đạt được sự điều chỉnh chính xác hệ số giãn nở nhiệt trong phạm vi từ 5 × 10 hàm/℃ đến 15 × 10 hàm/℃. Ví dụ, sản phẩm chính của nó là hợp kim 4J29 (bao gồm 28,5% ~ 29,5% Ni), hệ số giãn nở nhiệt của thủy tinh borosilicat trong khoảng nhiệt độ từ-60 ℃ đến 400 ℃ là hơn 98%, đáp ứng nhu cầu đóng gói của các thiết bị điện tử chân không cao. Trong quá trình sản xuất, Qingchuan sử dụng công nghệ nấu chảy cảm ứng chân không để đảm bảo tính đồng nhất của các thành phần hợp kim (≤ 0,05%), đồng thời loại bỏ ứng suất dư thông qua quá trình xử lý nhiệt nhiều giai đoạn để cải thiện độ dẻo của vật liệu (độ giãn dài ≥ 25% sau khi ngắt kết nối).

Hướng dẫn thực hành: Công nghệ xử lý và đóng gói hợp kim sắt-niken

Lấy ví dụ về gói thiết bị điện bán dẫn, việc xử lý hợp kim sắt-niken cần tuân thủ nghiêm ngặt các bước sau:
BƯỚC 1: Tiền xử lý vật liệu: Sau khi tấm hợp kim được cắt theo kích thước thiết kế, làm sạch bằng sóng siêu âm để loại bỏ dầu trên bề mặt, sau đó ủ 850 ℃ × 2h trong môi trường hydro để loại bỏ quá trình làm cứng.
STEP2: Chính xác đúc: Sử dụng quy trình cắt dây chậm hoặc cắt laser để đảm bảo dung sai kích thước của vòng niêm phong được kiểm soát trong khoảng ± 0,02mm để tránh rò rỉ khí do khe hở lắp ráp.
BƯỚC 3: Thủy tinh-Kim loại niêm phong: Các bộ phận hợp kim đúc sẵn và thủy tinh borosilicate được nung nóng đến 820 ° C trong lò bảo vệ nitơ, và làm nguội từ từ sau 30 phút, và độ bền niêm phong có thể đạt trên 50MPa. Vật liệu mới của Qingchuan tối ưu hóa độ dày của lớp oxit trên bề mặt hợp kim (100 ~ 200nm), cải thiện đáng kể khả năng thấm ướt của kính và giảm tỷ lệ bong bóng niêm phong xuống dưới 0,5%.

Tháo dỡ trường hợp: ứng dụng niêm phong của mô-đun IGBT cho xe năng lượng mới

Một công ty sản xuất xe năng lượng mới hàng đầu sử dụng mô-đun IGBT niêm phong hợp kim Qingchuan 4J29 để giải quyết vấn đề không đủ vòng đời công suất do hệ số giãn nở nhiệt không phù hợp của hợp kim nhôm-silicon truyền thống. Dữ liệu đo thực tế cho thấy sau 100.000 chu kỳ sốc nhiệt độ từ-40 ° C đến 150 ° C, lớp làm kín không có vết nứt và dòng rò mô-đun ổn định dưới 0,1μA, cao hơn 3 lần so với đời sống của sơ đồ hợp kim nhôm-silicon. Qingchuan New Materials đã tối ưu hóa hơn nữa khả năng chống mỏi của vật liệu trong môi trường rung tần số cao bằng cách cùng phát triển các thành phần hợp kim tùy chỉnh (điều chỉnh hàm lượng Ni thành 31,5%) với khách hàng. Hiện tại, sản phẩm này đã được sử dụng theo lô cho nhiều hãng xe năng lượng mới. Hệ thống điều khiển điện tử.

FAQ: Câu hỏi thường gặp về hợp kim mở rộng không đổi sắt-niken

Q1: Làm thế nào để xác định nhiệt độ niêm phong của hợp kim sắt-niken?
A: Nhiệt độ niêm phong phải dựa trên điểm làm mềm của kính (thường là 780 ~ 850 ℃) và nhiệt độ kết tinh lại hợp kim được xác định toàn diện. Nhiệt độ niêm phong khuyến nghị của hợp kim Qingchuan 4J29 là 820 ° C. Tại thời điểm này, độ nhớt của thủy tinh và độ dẻo của hợp kim có thể phù hợp nhất để tránh cháy quá mức hoặc niêm phong kém.
Q2: Lớp oxit bề mặt hợp kim có ảnh hưởng gì đến chất lượng niêm phong?
A: Lớp oxit vừa phải (100 ~ 200nm) có thể cải thiện độ ẩm của kính, nhưng quá dày sẽ khiến lớp niêm phong bị giòn. Qingchuan đạt được sự điều chỉnh chính xác độ dày của lớp oxit bằng cách kiểm soát bầu không khí xử lý nhiệt (áp suất riêng phần oxy ≤ 10 khối Pa).
Q3: Hợp kim sắt-niken có thể được sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao không?
A: Giới hạn trên của nhiệt độ sử dụng lâu dài của hợp kim 4J29 là 400 ℃. Nếu cần nhiệt độ cao hơn, có thể chọn hợp kim 4J42 (bao gồm 42% Ni). Nhiệt độ sử dụng có thể được mở rộng lên 500 ℃, nhưng hệ số giãn nở nhiệt sẽ tăng lên 10 × 10. ⁻ ⁶/℃.