Способ пайки керамики с металлом

Способ пайки керамики с металлом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е 795784

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистичесинк республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.06.77 (21) 2499968/25-27 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

В 23 К 1/12

В 23 К 35/38

Гееударствеиимй кемитит

СССР

Опубликовано 15.01.81. Бюллетень № 2

Дата опубликования описания 25.01.81 (53) УДК 621 791.3 (088.8) ие аелим изобретеиий и открытий (72) Авторы изобретения

А. Я. Чеботарев, Ф. Д. Каминский и С. Н. Котов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПАЙКИ КЕРАМИКИ С МЕТАЛЛОМ

Изобретение относится к пайке, в частности к способам пайки керамики с металлом, и предназначено для получения вакумноплотных спаев керамики с медью для электровакуумных приборов.

Известен способ пайки керамики с металлом, при котором на керамику наносят металлизациойную пасту, на пасту помещают припой, устанавливают металлическую деталь и производят нагрев до температуры пайки (1).

Известен также способ пайки керамики тв с металлом, при котором на керамику наносят металлизационную пасту, размещают между керамикой и металлом припой и производят нагрев в восстановительной среде до температуры пайки с промежуточной выдержкой при температуре вжигания пасты, но ниже температуры плавления припоя (21.

Пайку производят в среде водорода с точкой росы от -10 до +5 C.

Указанный метод обеспечивает получение вакуумноплотных спаев керамики с тугоплав- > кими металлами (ковар, W Mo).

Вместе с тем в электровакуумной промышленности наибольшее распространение в качестве конструкционного материала по ря2 ду своих электрофизических свойств получила медь.

Цель изобретения — разработка способа пайки керамики с медью без предварительного вжигания металлизационного слоя с обеспечением высокой прочности и термоциклической стойкости без потери вакуумной плотности паяных соединений.

Цель достигается тем, что нагрев деталей производят в сухой восстановительной среде с точкой росы ниже -30 С, в начальный период выдержки при температуре вжигания пасты влажность среды увеличивают до точки росы от -5 до +15 С, а окончание вжигания, дальнейший нагрев и пайку производят в сухой среде.

Процесс пайки условно можно разбить на четыре этапа: нагрев в сухой среде до температуры вжигания пасты, лежащей на

5 — 50 С ниже температуры солидуса припоя; выдержка при температуре вжигания пасты в увлажненной среде в течение 15—

30 мин; выдержка при температуре вжигания пасты в сухой среде в течение 15—

60 мин; нагрев деталей в сухой среде до температуры пайки.

795784

15 -30 15

1 933 -30 -5

2 911 -35 +5

3 998 -40 +15

22 «35 38 1030 35 3 22,7 50

30 -40 60 1053 50 5 22 0 50

На первом этапе проведения процесса происходит полное выгорание связки и протекают окислительно-восстановительные реакции с образованием восстановленных металлов и окислов с низкой степенью окисления, частичное окисление некоторых добавок, а также активация поверхности порошков, входящих в металлизационный слой

В случае, когда первоначальный нагрев производится до температуры на 20 — 50 С ниже температуры солидуса припоя, целесообразно перед второй выдержкой в сухой среде провести нагрев до температуры на

5 — 10 С ниже температуры солидуса припоя.

На втором этапе происходит окисление поверхности частиц тугоплавкого металла и их спекание, взаимодействие образованных окислов и стеклофазы керамики с образованием легкоплавких стекол. При этом вязкость новой стеклофазы уменьшается и начинается ее капиллярное течение в поры металлизационного покрытия. Этот процесс заполнения пор металлизационного покрытия обусловлен хорошей смачиваемостью частиц тугоплавкого металла, покрытых пленкой окиси и стеклофазой керамики. Оптимальное протекание этого процесса обусловлено выбранной влажностью среды и временем выдержки в увлажненной среде.

На третьем этапе происходит восстановление пленки окиси на поверхности частиц тугоплавкого металла, что необходимо для улучшения растекаемости припоя за счет уменьшения краевого угла смачивания и повышения адгезии припоя к металлизационному слою.

На четвертом этапе припой начинает плавиться. Жидкая фаза припоя, обогащенная легкоплавкими компонентами, проникает в межзерновое пространство металлизации, смачивая поверхность металла и вытесняя стеклофазу из поверхностного слоя керамики. Для создания постоянного состава жидкой фазы припоя, соответствующей исходному химическому составу припоя, подьем температуры на этом этапе следует производить с максимально возможной скоростью. а

При повышении температуры пайки на

20 — 60 выше температуры ликвидуса припоя происходит дальнейшее уменьшение краевого угла смачивания, более глубокое проникновение припоя в поверхностный слой керамики и прочное сцепление керамики с металлической деталью.

Данным способом изготовляют анодные узлы мощного электровакуумного прибора.

На цилиндрический изолятор из керамики 22ХС с наружным диаметром 250 мм наносят толщиной 40 — 60 мкм металлизационную пасту состава 89 /p МоОз, 5 /p Ti Ha, 5О/p МпОа, P/p Сц О, представляющую смесь размолотых порошков в растворе нитроклетчатки в амилацетате. Затем помещают медногерманиевый припой толщиной 0,1 мм с температурой солидуса 938 С и ликвидуса

983 С и устанавливают медную деталь. Собранный узел помещают в оправку. Пайку производят в колпаковой печи в среде водорода. Режимы пайки в результате испытаний спаянных узлов приведены в таблице.

993 20 0,5 2 1,5 50

795784

Составитель Ф. Конопелько

Техред А. Бойкас Корректор М. Шароши

Тираж f158 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Н. Бушаева

Заказ 9458/13

Для сравнения спаяны аналогичные узлы по режиму способа-прототипа, т. е. с постоянной влажностью среды с точкой росы от -10 до + 5 С. Полученные результаты (прочность 12 — 15 кгс/мм, количество термоциклов 28-30) свидетельствуют о преимуществе способа пайки с изменением влажности среды.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает интенсивное взаимодействие металлизационного покрытия с керамикой и припоем в процессе пайки, что способствует образованию металлокерамического соединения с повышенной термомеханической прочностью и вакуумной плотностью.

Предлагаемый способ позволяет получать надежные соединения крупных керамических изоляторов с медными деталями для сверхмощных генераторных приборов.

Формула изобретения

Способ пайки керамики с металлом, при котором на керамику наносят металлизационную пасту, размещают между керамикой и металлом припой и производят нагрев в восстановительной среде до температуры пайки с промежуточной выдержкой при температуре вжигания пасты, но ниже температуры плавления припоя, отличающийся тем, что, с целью увеличения прочности и термоциклической стойкости соединений керамики с медью, нагрев ведут в сухой среде с точкой росы ниже -30 С, в начальный период выдержки при температуре вжигания пас14 ты влажность среды увеличивают до точки росы от -5 до +15 С, а окончание вжигания, нагрев и пайку производят в сухой среде.

Источники информации, 13 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 170926, кл. В 23 К 1/04, 06.04.63.

2. Гладков А. С., Подвигина О. П., Чернов О. В. Пайка деталей электровакуумных приборов. М., «Энергия», 1967, с. 216 †2.