18 lip Kompozyty metal – ceramika do inżynierii elektrycznej. Część 4
Czwarta i ostatnia część artykułu o ceramice technicznej łączonej z metalami do zastosowań w inżynierii elektrycznej.
TECHNOLOGIA, NAPIĘCIE ROBOCZE I OBCIĄŻALNOŚĆ PRĄDOWA
NAPIĘCIE ROBOCZE
Wskazanie wartości napięcia przebicia odnosi się do odległości pomiędzy dwiema elektrodami będącymi pod napięciem, w których nie dochodzi do przeskoku elektrycznego, w warunkach normalnych (1013 mbar, 50 % wilgotności względnej). Wartości napięcia przebicia rosną 3 – 4 krotnie w próżni 10-6 mbar. Do zwiększenia napięcia przebicia mogą przyczyniać się również odpowiednie gazy suche w wysokim ciśnieniu lub zastosowanie olejów izolacyjnych. Napięcie przebicia zależy również od samej geometrii elektrody. Jeżeli elektroda zaizolowana jest ceramiką napięcie przebicia zależy tylko od drogi upływu; napięcie robocze może być odczytane z wykresu 7.
OBCIĄŻALNOŚĆ PRĄDOWA
Wydajność prądowa przepustów zależy głównie od rodzaju zastosowanego przewodnika. Wartości ogólne tej wydajności przedstawiono na wykresie 8. W szczególnych przypadkach należy brać pod uwagę konieczność rozpraszania ciepła z elementu izolacyjnego.
TECHNOLOGIA, REZYSTYWNOŚĆ, ODPORNOŚĆ NA ZGINANIE I ŚCISKANIE
REZYSTYWNOŚĆ
Porównując specyficzną oporność elektryczną różnych, izolujących materiałów ceramicznych w funkcji temperatury, czysta ceramika FRIALIT wykazuje bardzo dobre właściwości izolacyjne, nawet w wysokich temperaturach (zobacz Wykres 9). Podczas gdy wysoka oporność elektryczna ( w przybliżeniu 1014 Ω cm w temperaturze pokojowej dla FRIALIT F99,7) wynika w dużej mierze z braku alkalii w materiale, porcelana i inne ceramiczne materiały izolacyjne zawierają łatwo przemieszczające się ładunki elektryczne. Nasze komponenty ceramika – metal wykonane są z ceramiki FRIALIT F99,7. W celu uniknięcia wpływu zanieczyszczeń na powierzchni materiałów ceramicznych komponenty ceramiczne mogą być dodatkowo szkliwione szkłem o wysokiej temperaturze topnienia.
ODPORNOŚĆ NA ZGINANIE I ŚCISKANIE
Wytrzymałość na ściskanie dla ceramiki FRIALIT jest wyższa niż dla metali w dowolnym zakresie temperatur. W temperaturze pokojowej wytrzymałość na zginanie ceramiki jest niższa od wytrzymałości na zginanie metali ale już w temperaturze ponad 700 °C wytrzymałość ceramiki przewyższa wytrzymałość metali. Przyczyną takiego zachowania jest to, że granice elastyczności i pękania dla materiałów ceramicznych są zbieżne i nie mogą być zredukowane poprzez odkształcenie plastyczne. W przeciwieństwie do metali materiały ceramiczne nie wykazują znaczącej utraty wytrzymałości w wysokich temperaturach (zobacz Wykres 10).
Wykres 10. Wytrzymałość na zginanie i ściskanie ceramiki FRIALIT F99,7 w funkcji temperatury
TECHNOLOGIA – WŁAŚCIWOŚCI KONSTRUKCYJNE
ODPORNOŚĆ TEMPERATUROWA
Łączenia lutem twardym ceramiki z metalami są odpowiednie do stosowania w temperaturach do 600 °C, w próżni lub w gazie ochronnym. Odporność na szok temperaturowy łączeń ceramika –metal zależy od wielkości i konstrukcji elementów i wynosi ok. 180 °C. Powszechnie zaleca się tempo grzania i schładzania w wysokości 5 °C / min.
UWAGI KONSTRUKCYJNE
Podczas montażu podzespołów ceramicznych z zaawansowanej ceramiki FRIALIT®-DEGUSSIT®ważne jest by naprężenie termiczne występujące podczas lutowania lub spawania trzymać z daleka od współpracujących powierzchni ceramiki z metalem. Zagrożenie zbyt wysokich naprężeń termicznych można minimalizować poprzez odpowiednią konstrukcję, kołnierze lub urządzenia do odprowadzania ciepła. Łączenia ceramika – metal są każdorazowo testowane na szczelność spektrometrem masowym o czułości 10-9 mbar l /s, przy użyciu helu jako gazu testowego. W przypadku potrzeby badań łączeń na wytrzymałość na ściskanie przeprowadzamy testy u naszych partnerów zewnętrznych. Przepusty narażone są na wysokie obciążenia mechaniczne i wymagają by naprężenia ściskające występowały w środku ceramiki. Stosując powyższe zasady konstrukcyjne możliwa jest produkcja wysoce odpornych przepustów.
O ile nie wskazano inaczej, ogólne tolerancje wymiarowe zgodne są z normą DIN 2768 (dla metali) i DIN 40680 (dla ceramiki).
TECHNOLOGIA – WSKAZÓWKI UŻYTKOWANIA
WSTĘP
Przy pracy z urządzeniami do próżni priorytetem jest zachowanie czystości. Przez cały czas zalecane jest korzystanie z czystych, niestrzępiących, bezpudrowych rękawiczek (winylowe). Nigdy nie można dotykać bez rękawic wewnętrznych powierzchni sprzętu próżniowego ponieważ odciski palców mogą zanieczyścić system.
FRIATEC używa tylko bardzo czystych materiałów do produkcji ceramiki, ponieważ procesy produkcyjne surowców mogą wpływać na kompatybilność danego materiału z aplikacjami próżniowymi.
Informacje poniżej istotne są dla obchodzenia się i czyszczenia komponentów ceramika – metal.
Wskazówki dla komponentów ceramika – metal
- Preferuje się metodę instalacji komponentów ceramika – metal w systemie poprzez kołnierz montażowy. Komponenty mogą być przyspawane bezpośrednio do komory jeżeli połączenie kołnierzowe jest niewykonalne. Należy zadbać, by uniknąć zbyt dużego nacisku na ceramikę i punkt lutowniczy podczas procesu spawania.
- Kontrola jakości wszystkich komponentów ceramika – metal składa się z kontroli wizualnej, inspekcji mechanicznej wymiarów, kontroli szczelności według konstrukcyjnych rysunków technicznych zatwierdzonych przez klienta, protokołów produkcji i certyfikatów.
Pakowanie
- Ostre krawędzie i powierzchnia uszczelniające należy zabezpieczać nakładkami z czystego tworzywa sztucznego. Alternatywnie, owijać podwójną warstwą foli PE.
- Podczas transportu należy mocować elementy ruchome (na przykład mieszki i kołnierze obrotowe)
- Czyszczone do Ultra Wysokiej Próżni komponenty ceramika – metal należy szczelnie zamykać w torebkach polietylowych PE z desykantami i / lub azotem. Alternatywnie mogą one być zapakowane w podwójną warstwę folii PE.
Obchodzenie się z częściami ceramicznymi
- Należy trzymać elementy ceramiczne na wszystkich powierzchniach próżniowych tylko poprzez czyste, niestrzępiące, bezpudrowe rękawice (winylowe)
Unikanie zanieczyszczeń
- Należy unikać zanieczyszczenia komponentów podczas procesów montażowych i spawania
- Proces montażu i spawania należy przeprowadzać w czystym pomieszczeniu oddzielonym od produkcji mechanicznej
- Należy stosować niestrzępiące, bezpudrowe rękawice (winylowe) przez cały proces montażu
Unikanie naprężeń na komponenty ceramika – metal
- Nie narażać komponentów ceramika – metal na uderzenia, naprężenia zginające i termiczne
- Należy zachować ostrożność, aby uniknąć zbyt dużego nacisku na ceramikę i punkt lutowniczy podczas procesu spawania
Spawanie – możliwe metody spawania:
- Spawanie elektronowe (wiązką elektronową), spawanie laserowe (zalecamy minimalny dystans 5 mm od punkt lutowania ceramiki z metalem)
- Spawanie MIG elektrodą topliwą w osłonie gazów obojętnych i spawanie TIG nietopliwą elektrodą wolframową w osłonie gazów obojętnych (zalecamy minimalny dystans 10 mm od punkt lutowania ceramiki z metalem)
- Minimalny dystans zależy również od konstrukcji komponentu ceramika – metal i od złożoności montażu. Prosimy o kontakt w celu dodatkowych informacji.
- Alternatywne możliwości chłodzenia np. poprzez zacisk miedziany chroniący punkt lutowania od nadmiaru energii cieplnej
Łączenia lutowane
- Łączenia należy lutować wyłącznie w próżni lub w osłonie gazu ochronnego
- Znając temperatury kolejnych procesów spawania możliwy jest dobór odpowiedniego wstępnego materiału lutującego
Czyszczenie komponentów ceramika – metal
- Czyścić w zmywarce laboratoryjnej poprzez płukanie detergentem alkaicznym i wodą dejonizowaną
- Czyścić w łaźni ultradźwiękowej przy użyciu wody dejonizowanej i detergentu alkaicznego
- Przeprowadzać czyszczenie ultradźwiękowe w cyklach czyszczenia (np. 3 razy przez 5 min.), przerywane krótkimi okresami płukania (co najmniej 1 min.)
- Używać czystego alkoholu (np. czysty izopropoanol lub podobny) do usuwania wody powierzchniowej lub do czyszczenia powierzchni szkliwionych
- Suszyć poprzez nadmuch suchym, bezolejowym, sprężonym powietrzem lub gorącym powietrzem
- Wypiekać w temperaturze do 250 °C (rekomendowana temp. 180 °C, tempo nagrzewania 5 K / min)
- Czyścić elementy próżniowe przed montażem z większymi jednostkami
- Czyścić części po obróbce mechanicznej z uwzględnieniem wymagań czystości dla ultra wysokiej próżni UHV
