高壓真空開關(guān)管黃斑現(xiàn)象的剖析

2014-07-13 楊衛(wèi)英 中國工程物理研究院

  在使用高壓真空開關(guān)管時,發(fā)現(xiàn)器件表面出現(xiàn)黃斑現(xiàn)象,不能滿足焊接要求。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn):對其金屬零件進(jìn)行雙層電鍍———鍍鎳和鍍銀,如果銀層在0.7 μm 以下,在后序的焊接熱處理過程中銀層被熔化,原來均勻、致密的鍍銀層被重新分布后,銀層變得不均勻,露出的鎳占銀的50%,在烘烤排氣時露出表面的鎳被氧化,呈現(xiàn)黃色現(xiàn)象,并進(jìn)一步擴(kuò)散到銀層下面的鎳區(qū)域,使銀層與鎳層結(jié)合不牢;銀層在2 μm以上時,熱處理后,出現(xiàn)銀堆積現(xiàn)象,不能滿足要求;銀層厚度在1 μm~2 μm范圍時,釬焊熱處理后,即使露出8%左右的鎳,鎳不會氧化。

  高壓真空開關(guān)管為電真空器件,是構(gòu)成電子組件的關(guān)鍵器件之一,起高壓大電流快速閉合開關(guān)、控制開關(guān)導(dǎo)通時間的作用,已廣泛地應(yīng)用于電力、船舶、建筑、航空航天等各個領(lǐng)域。高壓真空開關(guān)管為由陶瓷- 金屬封接而構(gòu)成的一氣密性要求很嚴(yán)的器件,在其制造過程中,對構(gòu)成高壓開關(guān)管的零件要求進(jìn)行相應(yīng)的工藝處理,如陶瓷要進(jìn)行金屬化,金屬零件要進(jìn)行清洗、電鍍等表面處理,從而滿足陶瓷- 金屬封接的要求,然后再進(jìn)行零部件釬焊、組裝成密封器件,最后上排氣臺———對高壓開關(guān)管進(jìn)行烘烤排氣,到此完成了高壓開關(guān)管的制造過程。在使用過程中高壓開關(guān)管需要通過一定的方式與其它元件相連接,在連接過程中發(fā)現(xiàn)引線與高壓開關(guān)管的金屬表面焊接時,引線很容易脫落,并且當(dāng)輕微的外力作用于金屬表面時,金屬表面還出現(xiàn)黃斑現(xiàn)象,該現(xiàn)象影響了高壓開關(guān)管的質(zhì)量和合格率,給生產(chǎn)帶來了很大的經(jīng)濟(jì)損失。

  為分析該現(xiàn)象,真空技術(shù)網(wǎng)(http://bjjyhsfdc.com/)發(fā)布此文主要介紹了原因分析過程———運(yùn)用掃描電鏡、X 射線熒光測厚等分析方法進(jìn)行了分析,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行了相應(yīng)的工藝實(shí)驗(yàn),找到了引起黃斑現(xiàn)象的原因和解決措施。

1、黃斑現(xiàn)象與鍍層厚度的關(guān)系

1.1、黃斑的微觀形貌及成分分析

  黃斑產(chǎn)生的位置是器件上的金屬部分,見圖1,該金屬的構(gòu)成見示意圖2。

高壓真空開關(guān)管黃斑現(xiàn)象的剖析

圖1 器件上黃斑現(xiàn)象

圖2 黃斑部分的金屬構(gòu)成示意圖

  由黃斑的現(xiàn)象及示意圖可知,黃斑現(xiàn)象可能是鍍銀層被氧化或鍍銀層脫落、現(xiàn)出鍍銀層下面的鍍鎳層,示意圖的基材層現(xiàn)出的可能性非常小,因?yàn)樯厦嬗袃蓪痈采w層:最上面為銀層(厚度0.5 μm~3 μm),中間為鎳層,厚度在15 μm 以上。為了探究黃斑處的成分及微觀形貌,運(yùn)用掃描電鏡進(jìn)行了分析,結(jié)果見圖3 和表1:由顯微形貌結(jié)果看表面的銀層已出現(xiàn)打卷現(xiàn)象,由黃斑的成分分析結(jié)果看,銀的重量含量從百分比看只有0.98,鎳含量很高,達(dá)到93.25。

高壓真空開關(guān)管黃斑現(xiàn)象的剖析

圖3 黃斑的電鏡微觀形貌

3、結(jié)論

  高壓開關(guān)管的黃斑現(xiàn)象與鎳層露出到銀層表面有關(guān),在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)基材金屬表面只覆蓋單鍍層———鎳層時,經(jīng)過烘烤排氣后,鎳層不會被氧化,因此也不會出現(xiàn)黃斑現(xiàn)象,而當(dāng)金屬表面覆蓋雙鍍層鎳層和銀層時,在銀層厚度偏薄時,鎳露出表面,這種情況下鎳層容易被氧化,出現(xiàn)黃斑現(xiàn)象,這與銀、鎳共同存在時,鎳容易失去電子,使銀得到保護(hù)的原因有關(guān)。