СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ГЕРМОВВОДОВ Российский патент 2013 года по МПК C04B37/02 

Предлагаемое изобретение относится к приборостроению и радиоэлектронике и может быть использовано для изготовления всех видов электронной аппаратуры, в том числе для вторичных источников питания, где применяются герметичные корпуса и гермовводы.

Известен способ создания электрических гермовводов в металлостеклянном исполнении для электронной аппаратуры [1]. К недостаткам относятся механическая хрупкость и высокая температура спекания металлостеклянных спаев, вследствие чего невозможно применять медные токовводы.

Известен способ создания сборных электрических гермовводов [2]. К недостаткам относятся сравнительно большие габариты, сложность конструкции, ухудшение со временем герметичности вследствие пластической деформации герметизирующих прокладок.

Известен способ создания электрических клееных токовводов [3]. К недостаткам относятся низкие механическая прочность и малая герметичность, невысокая температура эксплуатации, большое влагопоглощение.

Известен способ создания электрических металлокерамических гермовводов методом металлизации керамики молибденовой пастой и спаиванием ее в заневоленном состоянии с металлической втулкой медным припоем электронным лучом [4]. К недостаткам относятся высокие температурные режимы (до 2000°C) и сложность и трудоемкость их изготовления.

Известен способ создания электрических металлокерамических гермовводов методом соединения металлических токовводов круглого сечения с изолятором из корундовой (алюмооксидной керамики с нанесением припоя и нагревом зоны спая электронно-лучевой установкой. К недостаткам относятся необходимость выполнения работ в высоком вакууме (сложное дорогостоящее оборудование), возможность получения токовводов только с круглым сечением, а также распаивание и нарушение герметичности (при нагреве) при высоких плотностях тока через токовввод [6].

Целью предлагаемого изобретения являются создание герметичных электрических металлокерамических гермовводов, отличающихся высокой герметичностью, электрической и механической прочностью, предназначенных для высокотемпературных и длительных режимов эксплуатации.

Указанная цель достигается методом соединения керамического изолятора из алюмооксидной керамики с металлическим токовводом заполнением конструкционного зазора между ними газодинамическим напылением порошков алюминия (с дисперсностью 10-50 мкм) и обеспечения герметичности и механического сцепления между ними. Именно алюминий обеспечивает максимальную адгезию с алюмооксидной керамикой. Газодинамический метод напыления порошков металлов осуществляется нанесением порошков алюминия сверхзвуковой струей газа с давлением до 6 атмосфер на поверхность и в зазоры деталей.

Металлический токоввод может быть изготовлен из серебра, меди, алюминия и их сплавов, имеющих малое электрическое сопротивление и высокую теплопроводность, а также сечения любой конфигурации - круглого, прямоугольного и в виде многогранника.

На фиг.1 показан электрический металлокерамический гермоввод, состоящий из металлического токоввода 1, керамического изолятора 2 и алюминиевой монолитной структуры 3 и 4, образованной напылением порошков алюминия. Высокая электрическая прочность гермоввода определяется материалом, размерами и диэлектрическими свойствами изолятора из алюмооксидной керамики

Токоввод устанавливают и совмещают по осям в отверстие керамического изолятора и конструкцию закрепляют на рабочем столе 11 с вытяжной вентиляцией установки газодинамического напыления 7 типа ДИМЕТ в тисках или струбцине.

Включают установку с двумя контейнерами 8 и 9 порошков корунда и порошков алюминия, пистолетом со сверхзвуковым соплом 5 и компрессором 6 с фильтром для очистки воздуха 10. Производят зачистку соединяемых деталей воздушной смесью порошка корунда из контейнера 8 под давлением 2-4 атмосферы. Переключателем 12 установку переключают на второй контейнер 9 с порошком алюминия и напыляют нагретой до 200-400°C под давлением 2-4 атмосферы струей воздуха порошок алюминия по периметру конструкционных зазоров и стыков до образования галтели. При этом температура соединяемых деталей не превышает 150°C. С целью осевого упрочнения и повышения герметичности допускают создание в стержнях токовводов радиальные проточки и конические отверстия в керамике.

В результате создают герметичную механически прочную монолитную металлокерамическую структуру 3 и 4 в выше указанных зонах. Технология изготовления отличается простотой и малой трудоемкостью, а также допускает изготовление гермовводов в готовых блоках, содержащих электронные схемы и ЭРИ.

Оборудование для газодинамического напыление недорогое, занимает мало места (4 кв.м).

Литература

1. Технология производства радиоэлектронной аппаратуры. // Х.И. Ханке, X. Фабиан // Москва: «Энергия», 1980 г.

2. Основы вакуумной техники // Б.И. Королев, В.И. Кузнецов, А.И. Пипко, В.Я Плисковский //, Москва: «Энергия», 1975 г.

3. Технология производства интегральных микросхем, // В.Н. Черняев //, Москва: «Энергия», 1977 г.

4. А.с. (СССР) №17008800, МПК С04В 37/02. Способ изготовления металлокерамических узлов. Авторы А. Аитов, Н.С. Костюков, М.И. Муминов, Нурматов, О.Ю. Скривников, 1992 г.

5. Патент US №6896933 US Method of maintaining a non obstructed interior opening in kinetie spray nossler // Van Stenkiste T.N., Hubert T, Smith J.K. et. al., 2005 г.

6. Патент SU 1708800, кл. С04В 37,02, опубл. 30.01.1991. Способ создания электрических металлокерамических гермовводов.

Предлагаемое изобретение относится к радиоэлектронике и приборостроению и может быть использовано для изготовления всех видов мощной радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры, в том числе для мощных герметичных вторичных источников питания и других электронных и электрических систем. Предлагается способ низкотемпературного создания металлокерамических герметичных электрических гермовводов любой конфигурации для приборов и блоков РЭА путем создания соединений и швов из монолитной структуры между токовводами и деталями из алюмооксидной керамики с отверстиями любых конфигураций. По периметру стыков и конструкционных зазоров токовводов и керамических деталей осуществляют направленное газодинамическое напыление порошка алюминия струей воздуха, нагретой до 200-400°C, под давлением 2-4 атмосферы. Способ обеспечивает прочное и герметичное соединение между деталями гермоввода с высокой электрической и механической прочностью. 1 ил.

Способ создания электрических металлокерамических гермовводов, включающий соединение металлических токовводов с керамическими изоляторами из алюмооксидной керамики любых конфигураций, отличающийся тем, что прочное и герметичное соединение - монолитную металлокерамическую структуру в зонах стыков и конструкционных зазоров деталей гермоввода получают направленным сверхзвуковым газодинамическим напылением порошков алюминия по периметру конструкционных зазоров и стыков струей воздуха под давлением 2-4 атмосферы, нагретой до 200-400°C.