세라믹 브레이징을 사용하는 고객의 가장 큰 고민은 무엇일까요? 어떻게 해결해야 할까요?
세라믹 브레이징 자체는 비교적 기술적인 공정입니다. 세라믹 자체는 금속과 융합하기 어렵습니다. 기계적 접합, 접착, 용접/브레이징, 유리-금속 밀봉(마이크로파 용접 및 초음파 포함)과 같은 비교적 성숙한 공정들이 있습니다. 용접 및 마찰 용접 등 브레이징은 현재 비교적 성숙한 공정 기술입니다. 엔지니어링 세라믹의 세라믹-금속 커넥터에 일반적으로 사용됩니다. 저희는 혁신적인 브레이징 기술을 사용하며 맞춤형 샘플 제작을 환영합니다!
세라믹 브레이징은 세라믹과 금속을 접합하는 데 유용한 기술이지만, 몇 가지 어려움이 따릅니다. 고객이 가장 우려하는 두 가지 사항과 이를 해결하는 방법, 그리고 기타 중요한 조치에 대해 살펴보겠습니다.
1. 젖음성 및 접합 강도
과제: 금속과 달리 세라믹은 표면 특성이 서로 달라 금속과 강한 자연 결합을 형성할 수 없습니다. 이로 인해 브레이징 접합부가 취약해지고 압력 하에서 파손될 가능성이 있습니다.
솔루션 1: 활성 금속 브레이징(AMB)
반응성 금속 브레이징은 반응성이 높은 금속을 함유한 브레이징 합금을 사용합니다. 이 활성 금속은 브레이징 재료가 세라믹 표면에 퍼지고 (젖은 상태에서) 접착되도록 하여 더 강한 접합을 형성합니다.
솔루션 2: 금속화
금속화는 브레이징 전에 세라믹 표면에 얇은 금속층을 도포하는 것을 말합니다. 이 금속층은 세라믹의 젖음성을 향상시켜 브레이징 재료가 더 강한 접합을 형성할 수 있도록 합니다.
세라믹에 얇은 금속 층을 코팅하는 것을 보여주는 금속화 공정 다이어그램
솔루션 3: 브레이징 재료 선택
적절한 브레이징 합금을 선택하는 것이 매우 중요합니다. 특정 세라믹에 대한 습윤성이 좋은 합금을 사용하면 접합부가 더욱 견고해집니다.
2. 열팽창 및 잔류응력
과제: 세라믹과 금속은 열팽창계수(CTE)가 서로 다른 경우가 많습니다. 즉, 가열 시(브레이징 시) 팽창 속도가 다르고 냉각 시 수축 속도가 다릅니다. 이러한 불일치는 접합부에 응력을 가하고 균열을 유발할 수 있습니다.
응력 균열이 있는 브레이징 세라믹 금속 조인트
응력 균열이 있는 브레이징 세라믹-금속 접합부
옵션 1: 조인트 디자인
접합부 설계를 최적화하면 응력 집중점을 최소화할 수 있습니다. 여기에는 응력을 더 균등하게 분산하는 테이퍼형 접합부를 사용하거나, 팽창/수축 불일치를 일부 흡수하기 위해 유연한 요소를 통합하는 것이 포함될 수 있습니다.
솔루션 2: 브레이징 재료 선택
접합되는 세라믹과 금속의 평균 CTE에 가까운 CTE를 가진 브레이즈 합금을 선택하면 응력 축적을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
솔루션 3: 브레이징 공정 제어
브레이징 중 정밀한 온도 제어와 냉각 속도는 잔류 응력을 최소화하는 데 매우 중요합니다. 브레이징을 방해하는 산화물을 제거하는 진공 브레이징과 같은 기술 또한 도움이 될 수 있습니다.
기타 중요한 조치
표면 청결: 브레이징 표면은 먼지, 기름, 오염 물질 없이 깨끗해야 합니다. 브레이징은 먼지가 없는 환경에서 수행해야 합니다. 불활성 가스인 질소를 이용한 특수 세척 및 퍼징은 최적의 브레이징 결과를 위한 깨끗한 표면을 유지하는 데 도움이 됩니다.
결함 탐지: 브레이징 후, X선 결함 탐지 장비와 같은 기술을 사용하여 접합부의 결함을 검사해야 합니다. 이를 통해 접합부의 무결성을 저해할 수 있는 균열, 틈 또는 기타 결함을 식별하는 데 도움이 됩니다.
누출 테스트: 브레이징 접합부는 기밀성을 보장하기 위해 누출 테스트를 실시해야 합니다. 이는 일반적으로 두 단계로 진행됩니다.
음압 진공 테스트: 진공 펌프를 사용하여 조인트를 최소 5000 Pa(0.5 atm)의 압력으로 진공합니다.
양압 기밀 시험: 불활성 가스를 사용하여 접합부에 최소 4.2MPa(42atm)의 압력을 가합니다. 접합부가 누출 없이 이 압력을 견딜 수 있으면 합격으로 간주됩니다.
이러한 복합적인 조치를 취함으로써 회사는 고객 요구 사항을 충족하는 견고하고 안정적이며 누출 없는 세라믹-금속 접합부를 만들 수 있습니다.
세라믹 브레이징은 세라믹 재료를 접합하기 위한 고급 공정 기술입니다. 항공우주:
이러한 목적을 위해, 특히 고강도 및 고온 내성을 자주 사용하는 경우, 접합 및 연결 강도를 향상시키기 위해 클린룸을 마련했습니다. 이 기술은 다음과 같은 분야에서 일반적으로 사용됩니다.
항공우주:
항공우주 산업에서 세라믹 소재는 엔진 부품 및 고온에 노출되는 기타 부품을 만드는 데 사용됩니다. 세라믹 브레이징을 사용하면 이러한 부품이 극한의 온도와 압력을 견딜 수 있기 때문입니다.
자동차 산업:
자동차 산업에서는 열교환기, 센서 및 기타 핵심 부품을 제작하는 데 고급 세라믹 소재가 사용됩니다. 세라믹 브레이징 기술을 적용하여 이러한 부품은 높은 효율과 내구성을 달성합니다.
전자 제품:
전자 제품 제조에서 세라믹은 절연체 및 기판으로 사용됩니다. 세라믹 브레이징은 고온 및 기타 혹독한 환경에서도 고성능 전자 부품을 안정적이고 신뢰성 있게, 그리고 안전하게 제작할 수 있도록 합니다.
의료 장비:
세라믹 소재는 생체적합성 덕분에 인공뼈나 치과 임플란트와 같은 의료기기에 널리 사용됩니다. 세라믹 브레이징은 이러한 기기의 구조적 무결성과 장기적인 내구성을 보장합니다.
에너지 산업:
원자력 및 기타 에너지 산업에서 세라믹 소재는 고온 및 내식성 부품을 제작하는 데 사용됩니다. 세라믹 브레이징 기술은 이러한 핵심 부품의 신뢰성과 안전성을 보장합니다.
광학 및 레이저 기술:
광학 및 레이저 기술에서는 정밀 세라믹 부품을 세라믹 브레이징을 통해 금속이나 다른 소재에 연결하여 정밀한 빛 투과 및 반사를 보장해야 합니다.
이러한 분야에서 세라믹 브레이징 기술이 적용되는 주된 이유는 재료의 화학적 안정성과 물리적 특성을 유지하면서도 고강도, 고온 내성 접합을 제공할 수 있기 때문입니다. 따라서 세라믹 브레이징 기술은 극한 환경에서 작동하는 첨단 제품과 복잡한 시스템에 필수적인 기술입니다.
세라믹 브레이징에는 여러 표준 규격이 있으며, 각 규격마다 초점과 요구 사항이 다릅니다. 가장 일반적으로 사용되는 표준은 다음과 같습니다.
1. ASTM B828 - 압력 용기 및 배관용 브레이징 구리-니켈-실리콘 합금 플랜지에 대한 표준 사양
본 표준은 압력 용기 및 배관용 브레이징 구리-니켈-실리콘 합금 플랜지에 대한 요건을 다룹니다. 이 표준은 이러한 플랜지의 재질, 치수, 표시, 시험 및 검사 절차를 명시합니다.
2. AWS C3.1 - 압력 응용 분야를 위한 브레이징 조인트에 대한 표준 사양
이 표준은 압력 용도에 사용되는 브레이징 접합부에 대한 일반 요건을 제공합니다. 브레이징 용가재 선정, 접합부 설계, 표면 처리, 브레이징 절차 및 비파괴 검사에 관한 내용을 다룹니다.
3. ISO 11849 - 브레이징 - 압력 용기 및 배관용 구리-니켈 또는 니켈-구리 합금 플랜지
이 국제 표준은 ASTM B828과 유사하며 압력 용기 및 배관용 납땜 구리-니켈 또는 니켈-구리 합금 플랜지에 대한 요구 사항을 다룹니다.
4. ASME 보일러 및 압력 용기 코드(BPVC) 섹션 IX - 용접 및 브레이징 자격
이 규정은 용접 및 브레이징 작업자의 자격 요건과 절차에 대한 요건을 규정합니다. 발전 및 석유화학 산업에서 널리 사용됩니다.
5. MIL-STD-2481 - 금속 및 비금속의 접합 및 결합
이 군사 규격은 세라믹 브레이징을 포함한 금속 및 비금속의 접합 및 접합에 대한 일반 지침을 제공합니다. 표면 처리, 브레이징 용가재 선택, 브레이징 절차, 비파괴 검사 등의 주제를 다룹니다.
이러한 일반 표준 외에도 세라믹 브레이징에 대한 산업별 표준이 많이 있습니다. 예를 들어, 항공우주 산업은 항공기 부품의 세라믹 브레이징에 대한 자체 표준을 보유하고 있습니다.
특정 용도에 적용되는 구체적인 표준은 접합되는 재료, 의도된 용도, 그리고 관련 법규 및 규정에 따라 달라집니다. 특정 사례에 적용되는 표준을 확인하려면 관련 기관에 문의하는 것이 중요합니다.
도움이 될 만한 추가 자료는 다음과 같습니다.
미국재료시험학회(ASTM): https://www.astm.org/
미국용접협회(AWS): https://www.aws.org/
국제 표준화 기구(ISO): https://www.iso.org/home.html
미국기계학회(ASME): https://www.asme.org/
미국 국방부(DoD): https://discover.dtic.mil/
