МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ ПРИПОЙ Российский патент 2013 года по МПК B23K35/36 

Изобретение относится к области электровакуумной, электронной и электроламповой промышленности и может использоваться, например, для создания металлокерамических спаев (впаев) при изготовления горелок - разрядных оболочек - натриевых ламп высокого давления (НЛВД).

Известен металлокерамичесий припой (МКП), состоящий из окислов кальция, циркония, алюминия и магния (авт.св. СССР №409976, кл. C03 3/22, 1972 г.), предназначенный для пайки металла с керамикой, работающий при относительно низких температурах и имеющий небольшой срок службы. Однако такой спай не всегда удовлетворяет требованиям, предъявляемым к металлокерамическим узлам горелок НЛВД из-за недостаточной термостойкости. Наиболее близким к предлагаемому решению является (прототип) следующий состав (авт.св. СССР №600124, кл. B23K 35/36, 1977 г.), вес.%:

Окись кальция 10-15 Окись циркония 1-5 Окись ниобия 5-25 Окись вольфрама 7-15 Окись магния 15-17 Ниобий 2-3 Окись алюминия - Остальное

Этот состав применялся в стандартных горелках НЛВД, выпускаемых опытным производством Специального конструкторско-технологического бюро в г.Полтава в 1974-1990 годах. Но для появившихся позже НЛВД с улучшенной цветопередачей подобные спаи не обеспечивали требуемых характеристик и особенно в части продолжительности горения, т.к. одним из способов улучшения цветопередающих свойств НЛВД является повышение давления паров натрия и ртути, а создать в горелке подобные условия можно лишь повысив электрическую нагрузку, т.е. мощность, перегрузив лампу, а соответственно, и металлокерамический спай. При этом температура спая резко повышается, давление в горелке возрастает и у стандартных НЛВД срок службы резко снижается из-за появления продольных микротрещин в спае и т.п.

Для повышения адгезионной способности спая (например, поликор и титан или ниобий) в состав МКП необходимо ввести дополнительно титан и вольфрам (вольфрам повышает термостойкость МКП). Такой МКП будет работать при большей температуре с улучшенной адгезией и к металлу, и к керамике. Однако количество вводимой добавки теоретически рассчитать невозможно, и эти значения определялись экспериментально.

Нами были проведены испытания стандартных поликоровых горелок с ниобиевыми вводами и вольфрамовыми активированными электродами, по геометрии и наполнению соответствующих горелкам ламп ДНаТ 400. Герметизацию горелок - спай поликора и ниобия - осуществляли составами МКП, приведенными в таблице. Испытуемые горелки включались в стандартную схему с дросселем и ИЗУ, а ЛАТРом изменялось питающее напряжение, т.е. изменялась потребляемая мощность. К спаю присоединялась термопара ВР-20 с соответствующим прибором, показывающим температуру спая. Горелка помещалась в вакуумный шкаф, с целью исключения разгерметизации на воздухе (вакуум обеспечивался насосом 2НВР-5Д), мощность, подаваемая на горелку, менялась ступенчато от 400 Вт через 50 Вт, с выдержкой 30 мин, а погасание горелки без повторного зажигания через 1 ч считался критерием разгерметизации спая (при ее работе фиксировалась температура спая). Для исключения случайных процессов каждого состава МКП было изготовлено от 3 до 5 горелок. Для получения полной картины в эксперименте нами была также использована стандартная горелка ДНаТ400 производства ВНИИИС (г.Саранск).

Составы МКП, вес.%:

прототип - окись кальция 10, окись циркония 5, окись ниобия 20, окись вольфрама 10, окись магния 15, ниобий 3, окись алюминия 37;

1-й состав - оксиды алюминия 40, кальция 18, магния 12, вольфрама 8, ниобия 7, циркония 3, а также ниобий 3, титан 5, вольфрам 4;

2-й состав - оксиды алюминия 45, кальция 17, магния 11, вольфрама 7, ниобия 7, циркония 3, а также ниобий 2, титан 4,5, вольфрам 3,5;

3-й состав - оксиды алюминия 50, кальция 16, магния 10, вольфрама 7, ниобия 6, циркония 2, а также ниобий 2, титан 4, вольфрам 3.

Сравнительный анализ результатов испытаний (см. таблицу) свидетельствует о том, что применение предлагаемого нами состава МКП позволяет повысить рабочую температуру спая с сохранением его вакуумной плотности не менее чем на 40°C по сравнению с прототипом, а как следует из той же таблицы, правильный выбор состава МКП может повысить это значение более чем на 100°С.

Температуры разгерметизации спаев приведены в таблице.

Состав МКП Станд. ДНаТ400 Прототип 1 состав 2 состав 3 состав Температура разгерметизации спая, C     925 970 Отгорел токоввод     990 955 970 864 903           972 1035 970       1008 890 Среднее знач. Т     962 992 943

Целью настоящего изобретения является повышение термической и адгезионной способности спая. Указанная цель достигается тем, что металлокерамический припой имеет следующий состав, вес.%:

Оксиды алюминия 40-50 кальция 16-18 магния 10-12 вольфрама 7-8 ниобия 6-7 циркония 2-3

а также

ниобий 2-3 титан 4-5 вольфрам 3-4

Данный металлокерамический припой способен обеспечить длительность работы НЛВД с повышенной удельной электрической нагрузкой до 12000 часов, а так же существенно повысить качество выпускаемых ламп и значительно расширить их практическое применение.

Изобретение относится к электровакуумной, электронной и электроламповой промышленности. Металлокерамический припой содержит оксид алюминия, оксид кальция, оксид магния, оксид вольфрама, оксид ниобия, оксид циркония, ниобий, титан и вольфрам. Техническим результатом изобретения является повышение термической и адгезионной способности металлокерамического припоя. 1 табл.

Металлокерамический припой, содержащий окислы алюминия, кальция, циркония, ниобия вольфрама и магния и ниобий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит титан и вольфрам при следующем соотношении компонентов, вес.%:
оксид алюминия 40-50 оксид кальция 16-18 оксид магния 10-12 оксид вольфрама 7-8 оксид ниобия 6-7 оксид циркония 2-3 ниобий 2-3 титан 4-5 вольфрам 3-4