การปิดผนึกแก้วและเซรามิก

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่ ความต้องการวัสดุทางวิศวกรรมใหม่ๆ ในสาขาเทคโนโลยีขั้นสูงจึงมีสูงขึ้นเรื่อยๆ เช่น อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ อุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ การบินและอวกาศ และการสื่อสารสมัยใหม่ ดังที่เราทราบกันดีว่าวัสดุเซรามิกทางวิศวกรรม (หรือที่เรียกว่าเซรามิกโครงสร้าง) ที่พัฒนาโดยเทคโนโลยีสมัยใหม่เป็นวัสดุทางวิศวกรรมใหม่เพื่อปรับให้เข้ากับการพัฒนาและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีชั้นสูงที่ทันสมัย ปัจจุบันกลายเป็นวัสดุวิศวกรรมชนิดที่สามรองจากโลหะและพลาสติก วัสดุนี้ไม่เพียงแต่มีจุดหลอมเหลวสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการกัดกร่อน ทนต่อการสึกหรอ และคุณสมบัติพิเศษอื่น ๆ เท่านั้น แต่ยังมีความต้านทานรังสี ฉนวนความถี่สูงและไฟฟ้าแรงสูง และคุณสมบัติทางไฟฟ้าอื่น ๆ รวมถึงเสียง แสง ความร้อน ไฟฟ้า , แม่เหล็กและชีวภาพ, การแพทย์, การคุ้มครองสิ่งแวดล้อมและคุณสมบัติพิเศษอื่น ๆ ทำให้เซรามิกเชิงฟังก์ชันเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านอิเล็กทรอนิกส์ ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ข้อมูลออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และการสื่อสารสมัยใหม่ การควบคุมอัตโนมัติ และอื่นๆ แน่นอนว่าในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ทุกประเภท เทคโนโลยีการปิดผนึกของเซรามิกและวัสดุอื่นๆ จะเข้ามามีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง

การปิดผนึกแก้วและเซรามิกเป็นกระบวนการเชื่อมต่อแก้วและเซรามิกเข้ากับโครงสร้างทั้งหมดด้วยเทคโนโลยีที่เหมาะสม กล่าวอีกนัยหนึ่ง ชิ้นส่วนแก้วและเซรามิกใช้เทคโนโลยีที่ดี เพื่อให้วัสดุที่แตกต่างกันสองชนิดรวมกันเป็นข้อต่อวัสดุที่แตกต่างกัน และทำให้ประสิทธิภาพตรงตามความต้องการของโครงสร้างอุปกรณ์

การปิดผนึกระหว่างเซรามิกกับแก้วได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา หน้าที่ที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของเทคโนโลยีการซีลคือการจัดหาวิธีการผลิตชิ้นส่วนที่มีส่วนประกอบหลายชิ้นโดยใช้ต้นทุนต่ำ เนื่องจากการขึ้นรูปเซรามิกถูกจำกัดด้วยชิ้นส่วนและวัสดุ การพัฒนาเทคโนโลยีการซีลที่มีประสิทธิภาพจึงเป็นสิ่งสำคัญมาก เซรามิกส่วนใหญ่แม้ที่อุณหภูมิสูงก็ยังแสดงลักษณะของวัสดุที่เปราะด้วย ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากมากที่จะผลิตชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อนผ่านการเสียรูปของเซรามิกที่มีความหนาแน่นสูง ในแผนการพัฒนาบางแผน เช่น แผนเครื่องยนต์ที่ใช้ความร้อนขั้นสูง ชิ้นส่วนบางชิ้นสามารถผลิตได้ผ่านกระบวนการทางกล แต่เป็นการยากที่จะบรรลุการผลิตจำนวนมากเนื่องจากข้อจำกัดด้านต้นทุนที่สูงและความยากลำบากในการประมวลผล อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการปิดผนึกพอร์ซเลนสามารถเชื่อมต่อชิ้นส่วนที่ซับซ้อนน้อยกว่าให้เป็นรูปทรงต่างๆ ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยลดต้นทุนการประมวลผลได้อย่างมาก แต่ยังช่วยลดค่าเผื่อการประมวลผลอีกด้วย บทบาทที่สำคัญอีกประการหนึ่งของเทคโนโลยีการปิดผนึกคือการปรับปรุงความน่าเชื่อถือของโครงสร้างเซรามิก เซรามิกเป็นวัสดุที่เปราะซึ่งขึ้นอยู่กับข้อบกพร่องอย่างมาก ก่อนที่จะสร้างรูปร่างที่ซับซ้อน มันเป็นเรื่องง่ายที่จะตรวจสอบและตรวจจับข้อบกพร่องของชิ้นส่วนรูปร่างที่เรียบง่าย ซึ่งสามารถปรับปรุงความน่าเชื่อถือของชิ้นส่วนได้อย่างมาก

วิธีการปิดผนึกแก้วและเซรามิก

ปัจจุบัน วิธีการปิดผนึกเซรามิกมีสามวิธี: การเชื่อมโลหะ การเชื่อมแบบกระจายเฟสของแข็ง และการเชื่อมแก้วออกไซด์ ( 1) การเชื่อมโลหะแบบแอคทีฟเป็นวิธีการเชื่อมและการปิดผนึกโดยตรงระหว่างเซรามิกและแก้วด้วยโลหะปฏิกิริยาและบัดกรี โลหะที่เรียกว่าแอคทีฟหมายถึง Ti, Zr, HF และอื่นๆ ชั้นอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมยังไม่เต็ม ดังนั้นเมื่อเทียบกับโลหะชนิดอื่นจึงมีความมีชีวิตชีวามากกว่า โลหะเหล่านี้มีความสัมพันธ์ที่ดีกับออกไซด์ ซิลิเกต และสารอื่นๆ และออกซิไดซ์ได้ง่ายที่สุดภายใต้สภาวะทั่วไป จึงเรียกว่าโลหะแอคทีฟ ในเวลาเดียวกัน โลหะเหล่านี้และ Cu, Ni, AgCu, Ag ฯลฯ จะก่อตัวเป็นโลหะระหว่างกันที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลวตามลำดับ และโลหะระหว่างกันเหล่านี้สามารถยึดติดกับพื้นผิวของแก้วและเซรามิกได้ดีที่อุณหภูมิสูง ดังนั้นการปิดผนึกแก้วและเซรามิกจึงสามารถทำได้สำเร็จโดยใช้ทองคำที่เกิดปฏิกิริยาและวัตถุระเบิดที่เกี่ยวข้อง

(2) การปิดผนึกการแพร่กระจายเฟสอุปกรณ์ต่อพ่วงเป็นวิธีการปิดผนึกทั้งหมดภายใต้ความดันและอุณหภูมิที่แน่นอนเมื่อวัสดุคลัสเตอร์สองชิ้นสัมผัสกันอย่างใกล้ชิดและทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติกบางอย่าง เพื่อให้อะตอมของพวกมันขยายตัวและหดตัวซึ่งกันและกัน

(3) บัดกรีแก้วใช้ในการปิดผนึกแก้วและเนื้อพอร์ซเลน

การปิดผนึกกระจกประสาน

(1) ควรเลือกแก้ว เซรามิก และแก้วประสานเป็นวัสดุปิดผนึกก่อน และค่าสัมประสิทธิ์การขยายฐานของทั้งสามควรตรงกัน ซึ่งเป็นกุญแจหลักสู่ความสำเร็จของการปิดผนึก กุญแจสำคัญอีกประการหนึ่งคือแก้วที่เลือกควรเปียกด้วยแก้วและเซรามิกอย่างดีในระหว่างการปิดผนึก และชิ้นส่วนที่ปิดผนึก (แก้วและเซรามิก) ไม่ควรมีการเสียรูปจากความร้อน ในที่สุดทุกชิ้นส่วนหลังจากการปิดผนึกควรมีความแข็งแรงบางอย่าง

(2) คุณภาพการประมวลผลของชิ้นส่วน: พื้นผิวด้านปิดผนึกของชิ้นส่วนแก้ว ชิ้นส่วนเซรามิก และกระจกประสานจะต้องมีความเรียบสูงกว่า มิฉะนั้นความหนาของชั้นกระจกประสานจะไม่สอดคล้องกัน ซึ่งจะทำให้เกิดความเครียดในการปิดผนึกเพิ่มขึ้น และแม้กระทั่งตะกั่ว ไปจนถึงการระเบิดของชิ้นส่วนเครื่องลายคราม

(3) สารยึดเกาะของผงแก้วประสานอาจเป็นน้ำบริสุทธิ์หรือตัวทำละลายอินทรีย์อื่น ๆ เมื่อใช้ตัวทำละลายอินทรีย์เป็นสารยึดเกาะ เมื่อเลือกกระบวนการปิดผนึกไม่ถูกต้อง คาร์บอนจะลดลงและกระจกบัดกรีจะเปลี่ยนเป็นสีดำ นอกจากนี้ เมื่อปิดผนึก ตัวทำละลายอินทรีย์จะถูกสลายตัว และก๊าซที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์จะถูกปล่อยออกมา ดังนั้นควรเลือกน้ำบริสุทธิ์ให้มากที่สุด

(4) ความหนาของชั้นกระจกประสานความดันมักจะอยู่ที่ 30 ~ 50um ถ้าความดันน้อยเกินไป ถ้าชั้นกระจกหนาเกินไป ความแข็งแรงของการปิดผนึกจะลดลง และแม้แต่ก๊าซในทะเลสาบก็จะถูกสร้างขึ้น เนื่องจากพื้นผิวด้านปิดผนึกไม่สามารถเป็นระนาบในอุดมคติได้ ความดันมีขนาดใหญ่เกินไป ความหนาสัมพัทธ์ของชั้นแก้วถ่านหินจะแตกต่างกันอย่างมาก ซึ่งจะทำให้เกิดความเครียดในการปิดผนึกเพิ่มขึ้น และทำให้เกิดการแตกร้าวด้วย

(5) ข้อกำหนดของการทำความร้อนแบบขั้นตอนถูกนำมาใช้สำหรับการปิดผนึกการตกผลึก ซึ่งมีวัตถุประสงค์สองประการ: หนึ่งคือเพื่อป้องกันฟองในชั้นกระจกประสานที่เกิดจากการพัฒนาอย่างรวดเร็วของความชื้นในระยะแรกของการให้ความร้อน และอีกประการหนึ่ง คือการหลีกเลี่ยงการแตกร้าวของทั้งชิ้นและกระจกเนื่องจากอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอเนื่องจากความร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อขนาดของทั้งชิ้นและชิ้นแก้วมีขนาดใหญ่ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นถึงอุณหภูมิเริ่มต้นของโลหะบัดกรี กระจกบัดกรีก็เริ่มแตกออก อุณหภูมิการซีลที่สูง ระยะเวลาการซีลที่ยาวนาน และปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่แตกออกมีประโยชน์ต่อการปรับปรุงความแข็งแรงของการซีล แต่ความหนาแน่นของอากาศลดลง อุณหภูมิการปิดผนึกต่ำ เวลาในการปิดผนึกสั้น องค์ประกอบของแก้วมีขนาดใหญ่ ความหนาแน่นของก๊าซดี แต่ความแข็งแรงในการปิดผนึกลดลง นอกจากนี้ จำนวนการวิเคราะห์ยังส่งผลต่อค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นของกระจกบัดกรีด้วย ดังนั้นเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพการปิดผนึก นอกเหนือจากการเลือกกระจกบัดกรีที่เหมาะสมแล้ว ควรกำหนดข้อกำหนดการปิดผนึกและกระบวนการปิดผนึกที่เหมาะสมตามหน้าทดสอบ ในกระบวนการปิดผนึกแก้วและเซรามิก ควรปรับข้อกำหนดการปิดผนึกตามลักษณะของกระจกประสานที่แตกต่างกัน