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Niloy 52铁镍合金带材百科详解

发布:sonhooalloy 浏览:1674次

Niloy 52铁镍合金带材百科详解


一、定义与基本概念

Niloy 52铁镍合金是一种专为精密封接设计的定膨胀合金,以铁(Fe)和镍(Ni)为基体,通过添加微量元素实现与硬玻璃、陶瓷等材料的热膨胀系数精准匹配。其牌号“Niloy 52”中“52”通常表示镍含量约为52%(具体成分需结合标准),属于高性能电子封装材料,广泛应用于半导体激光器、航天传感器及真空器件领域,以高可靠性和耐高温循环特性著称。


二、成分与材料特性

  1. 化学成分(典型配比,参考行业规范):

  2. 镍(Ni):50%-54%

  3. 铁(Fe):余量(约45%-49%)

  4. 钴(Co):0.5%-1.5%(部分增强型含钴版本)

  5. 微量元素(Mn、Si、C):≤0.8%

  6. 物理性能

  7. 密度:8.3-8.5 g/cm³

  8. 熔点:1420-1460℃

  9. 热膨胀系数(CTE):

  10. 20-300℃:5.0-5.5×10⁻⁶/℃

  11. 20-500℃:6.2-6.8×10⁻⁶/℃

  12. 电阻率:0.48-0.55 μΩ·m

  13. 居里温度(Tc):≥350℃

  14. 机械性能(退火态):

  15. 抗拉强度:500-650 MPa

  16. 屈服强度:220-280 MPa

  17. 延伸率:≥35%

  18. 硬度:HV 130-160


三、核心特性与优势

  1. 精密热膨胀匹配
    DM-305硬玻璃96%氧化铝陶瓷的热膨胀曲线高度吻合(20-300℃ CTE差值≤0.2×10⁻⁶/℃),避免封接界面开裂。

  2. 超高真空稳定性
    真空放气率≤5×10⁻¹¹ Pa·m³/s,满足宇航级器件(如星载行波管)的严苛真空要求。

  3. 抗热震性能
    可承受-196℃(液氮)至450℃的快速热循环(>50次),封接强度保持率>95%。

  4. 加工兼容性
    支持超薄带材(0.01mm)精密冲压、激光微加工及光刻蚀刻工艺,表面粗糙度Ra≤0.1μm。


四、生产工艺

  1. 双真空熔炼
    真空感应熔炼(VIM)结合电渣重熔(ESR),控制氧含量≤20 ppm、硫≤0.002%。

  2. 控轧控冷工艺

  3. 热轧温度1150-1200℃,终轧厚度1.0-2.0mm;

  4. 多道次冷轧(总压下率90%)至目标厚度,配合中间氢气退火(1000℃/1h)。

  5. 表面处理

  6. 化学机械抛光(CMP)实现纳米级表面(Ra≤0.02μm);

  7. 磁控溅射镀金(厚度0.1-0.5μm),提升高频信号传输性能。


五、典型应用领域

  • 光电子封装
    光纤激光器金属化封装基座、VCSEL阵列封接环。

  • 航空航天
    离子推进器栅极组件、深空探测器辐射屏蔽罩封接件。

  • 半导体设备
    EUV光刻机真空腔体过渡接头、晶圆传输机械臂密封法兰。

  • 新能源领域
    固态电池极柱封接片、氢燃料电池双极板边缘密封带材。


六、市场与选型建议

  • 市场情况
    国际主要供应商包括
    VDM Metals(德国)、Hitachi Metals(日本),国内代表企业为宝武特冶西部超导,价格约600-900元/公斤(含钴版本溢价20%)。

  • 替代材料对比

    • 4J44铁镍合金:成本低15%,但高温(>400℃)膨胀系数匹配性较差;

    • Kovar(4J29):真空性能更优,但镍钴含量高导致价格翻倍。

  • 选型注意

    • 高频高速场景优先选择镀金版本以减少趋肤效应损耗;

    • 含硫环境需表面镀镍(厚度≥3μm)防止硫化腐蚀。


七、使用与维护注意事项

  1. 封接工艺优化

  2. 推荐真空钎焊(Ag-Cu-Ti焊料,钎焊温度800-850℃);

  3. 封接前需等离子清洗(Ar/O₂混合气体)去除有机污染物。

  4. 极端环境防护

  5. 核辐射场景建议预辐照处理(剂量≤10⁴ Gy)以稳定晶格结构;

  6. 长期湿热环境需涂覆聚对二甲苯(Parylene)防护层。

  7. 失效监测

  8. 每2年采用微焦点X射线检测封接界面微裂纹;

  9. 使用中子衍射技术实时监控热循环过程中的应力分布。


八、相关标准与认证

  • 国际标准
    ASTM F15-21(美标电子封接合金通用规范)
    MIL-DTL-38999H(美军工高可靠电子封装材料标准)

  • 中国标准
    GB/T 37797-2019(电子器件用铁镍定膨胀合金带材)
    SJ/T 11423-2020(光电子器件金属封装技术条件)


结语

Niloy 52铁镍合金带材以其精准的热-力耦合性能与极端环境适应性,成为高可靠电子封装与先进制造的“隐形冠军”。随着量子通信、太空经济及第三代半导体技术的突破,其在超高频器件、深空装备及新能源系统中的应用将迎来爆发式增长。用户需在材料选型中平衡性能、成本与工艺兼容性,并通过数字化手段(如CAE仿真)优化全生命周期可靠性。

(注:Niloy 52为行业非标牌号,具体性能参数请以厂商技术协议或第三方检测报告为准。)



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