Способ получения металлокерамического узла Советский патент 1983 года по МПК C04B37/02 

Изобретение относится к получению неразъемных соединений диэлектриков с металлом, в частности к способам получения соединений керамики с металлом, и может быть исполь зовано при изготовлении металлокера tичecкиx конструкций в электронной радиоэлектронной и приборостроительной промьниленностях. В современном приборостроении для изготовления неразъемных соединений керамики с металлами применяют тонки металлические мембраны tманжеты 1 ко торые паяют или диффузионно сваривают с керамическими деталями, Примене ние тонких манжет вызывается необходимостью снижения термомеханических напряжений, возникающих в металлокер мическом соединении из-за разницы ко эффициентов линейного термического расширения (КЛТР) большинства .металтлов и керамики. Известны способы получения соедин НИИ керамики с металлом, при которых удается увеличить толщину манжеты в 1,5-2,5 раза без ухудшения термомеханических свойств металлокерамического соединения за счет использовани манжеты слойка . Однако дальнейшее увеличение толщ ны манжеты приводит к снижению термо механичеоких свойств соединения.. Наиболее близким к предлагаемому является использование для спаев с керамикой молибдено-медных и молибде но-медно-никелевых сплавов. Этот спо соб позволяет получать соединения ке рамики с массивными металлическими д талями с высокими термомеханическими свойствадш, что достигается хорошим согласованием КЛТР псевдосплавов с керамическими деталями С2Д. Согласно известному способу манже ты для спаев с керамикой изготавливаг ют механической обработкой из заготовок, полученных методом порошковой металлургии путем смешения порошков, их прессования и высокотемпературного спекания, а в ряде случаев и последующей пропитки медью, при этом КЛТР полученных заготовок колеблется в зависимости от режимов прессования, спекания и пропитки, что требует 100%-ного контроля заготовок на Ю1ТР. Процесс осуществляется с использованием большого количества дорогостоящего оборудования при значительных трудозатратах. Кроме того, металлокералдаческие конструкции, полученные по известному способу, способны .передать через металлическую манжету небольшой тепловой поток, так как теплопроводность псевдосплава значительно меньше каждого из входяйдах в него компонентов из-за наличия большого количества межфазных границ. Так, согласованный по КЛТР с керамиками 22ХС сапфирйт, А-995 и др. сплав ВД15НП имеет коэффициент теплопроводности 79 Вт/(см-град ), а медь и молибден соответственно 346 и 159 Вт/ (см-град ), что не позволяет с использованием известного способа получать теплонапряженные металЛокерамические конструкции, которые в электронной и радиоэлектронной промышленностях находят все большее применение. Цель изобретения - увеличение надежности металлокерамического узла за счет стабилизации КЛТР металлической детали и повышения ее тепло- проводности. Поставленная цель достигается тем, что по способу получения металлокерамического узла путем изготовле-. ния металлической детали из металла с коэффициентомлинейного термического , расширения (КЛТР ), меньшим, чем керамики, и пропитки детали металлом или сплавом с КЛТР, большим, чем у керамики, сборки металлической детали с керамической и пайки, металлическую деталь выполняют и виде пакета стержней , а процесс пропитки проводят в обечайке, выполненной из того же материала, что и керамическая деталь. При этом, с целью увеличения теп-, лового потока через металлокерамическое соединение пропитку осуществляют высокотеплопроводным материалом, из группы: медь-серебро-медно-серебряные сплавы, а стержни при соединении с керамикой ориентируют в направлении теплового потока в процессе службы. Кроме того, с целью улучшения ус-, ловий пропитки, используют стержни с диаметром лежащим в пределах, обеспечивающих капиллярное заполнение пропиточным материалом межстержневого пространства. С целью регулирования КЛТР металлической детали пакет набирают из стержней разного диаметра, помещая стержни меньшего диаметра в межстержневое пространство стержней большего диамет« ра. Таким образом, после пропитки пакета стержней в обечайке иэ керамического материала получается деталь заготовка )с анизотропными свойствами, при этом КЛТР детали в направлении, перпендикулярном стержням, бу- дет зависеть от КЛТР стержней,КЛТР пропиточного материала и КЛТР керамики, а теплопроводность в направлении вдоль стержней будет oпpeдeлят,ся теплопроводностью стержней и теплопроводностью пропиточного материала, так как в этом направлении отсутствуют межфазные границы между двумя металлическими компонентами. Например, при пропитке молибденовых стержней медью в обечайке иэ керамики 22ХС КЛТР металлической арматуры (пакета стержней ) в направлении, перпендикулярном стержням, .практически полностью совпадает с КЛТР керамики 22ХС, а коэффициент теплопроводности вдоль стержней равен 178 Вт/(см.- град ), т.е. в 2,2 раза выше, чем у сплава МД15НП, предназначенного для аналогичных целей . . В связи с тем, что при любом диа метре стержней при их плотной уклад кё межстержневое пространство в сечении , перпендикулярном стержням, имеет-одну и ту же , равную 9,31%, коэффициент теплопроводности и КЛТР можно менять за счет подбора пропиточного материала и его КЛТР. Кроме , заполняя межстержнево пространство стержнями меньшего размера, можно варьировать КЛТР и усло. ВИЯ пропитки, при этом диаметр стерж (Ней для каждого пропиточного материала выбирается таким образом, чтобы размер межстержневого пространства обес печивал его капиллярное заполнение пропиточшлм материалом. Предпагаекнм способом получают торцевь е (наружный диги«1етр 50 мм и внутренние (диаметр 25 мм ) металлокерамические соединения с использо ванием керамики 22ХС и массивнойметаллической арматуры. Во всех случаях на дно керамичес:кой обечайки с внутренним диаметром 55 и 30 KW соответственно помещают диск из меди, толщиной 2,5 мм. Поверх медного диска в обечайку, параллел но ее образуквдей,устанавливают пакет молибденовых стержней. Диаметры стер ней 0,8} 1,2-, 1,6; 2,0, 2,5;.3,2; 4,0 мм. Обечайку со стержнями помеща ют в водородную печь и нагревают до , после чего охлаждают и заготовку вынимают из керамической обечайки. Для всех заготовок, у которых диаметр стержней не превышсщ 2,0 мм, межстержневое пространство после пропитки полностью заполнялось медью. Для стержней диаметром 2,5 мм из 15-ти заготовок в двух оказалось по одному незаполненному межстержневому пространству. Для стержней диаметром 3,2 и 4,0 мм из 10-ти заготовок соответственно 4 и В оказались с дефектом. Из полученных заготовок вытачивают диски диаметром 50 мм, толгии.ной 20 мм, которые спаивают с керамическими кольцами из материала 22ХС торцевым некомпенсированным спаем. Толщина керами-г .ческого кольца - 3 мм, ширина зоны спая - 6,5 мм. После 30 термоциклов в режиме 20-600-20°С все узлы остались вакуумно-плотными. Аналогичные . узлы с компактным молибденом, близким по теплопроводности к полученной по предлагаемому способу металлической арматуре, разрушались либо сразу после пайки, либо после первого пгермоцикла. . Кроме того, с полученной по предлагаемому способу металлической арматурой были получены внутренние соединения керамики с металлом. Диаметр внутреннего спая 25 мм, ширина соединения 5 мм. Такие узлы выдержали 1520 термоциклов без нарушения ваку.умной плотности. Аналогичные образцы с молибденом разрушаются после пайки.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОГО УЗЛА путем изготовления металлической детали из металла с коэффициентом линейного термического расширения (КЛТР) меньшим, чем КЛТР керамики,и пропиткой детали металлом или сплавом с КЛТР большим, чем у керамики, сборки металлической детали с керамической и пайки, отличающийся тем что, с целью увеличения надежности узла за счет стабилизации КЛТР металлической детали и повышения ее теплопроводности, металлическую деталь изготавливают в виде пакета стержнеЯ, а процесс пропитки пррвог дят в обечайке, выполненной из того же материала, что и керамическая деталь. «2. Способ по п.1, отличающий с я тем, что; с целью увеличения теплового потока через металлoкepa шчecкoe соединение, пропитку осуществляют высокотеплопроводным материалом, из -группы: медь - серебро - медно-серебряные сплавы, а стержни при соединении с керамикой ориентируют в направлении теплового потока в процессе службы. 3.Способ ПОП.1, отлич ающ и и с я тем, что, с целью улучшения условий пропитки, используют стержни с диаметром , лежащим в пределах, обеспечивающих капиллярное (Л заполнение пропиточного металла в межстержневое пространство. 4.Способ ПОП.1, отличающий тем, что, с целью регулирования КЛТР металлической детали.и улучшения условий пропитки .пакет набирают из стержней разных диаметров, помещая стержни меньл1его диаметра в межстержневое прост ранство стержней большего диаметра. ОС со ю 00