Паста для металлизации керамики на основе нитридов Советский патент 1984 года по МПК C04B41/14 

со 00

со

1Ч9

Од

Изобретение относится к получению металлизированной керамики и может быть использовано для изготовления металлокерамических узлов (МКУ) в электронной, электротехнической и приборостроительной промьпш1§нности.

Основные требования, предъявляемые к МКУ: высокая механическая прочность вакуумная плотность, термостойкость, способность работать при высоких температурах, определяемая температурой плавления используемого припоя.

Известен состав пасты, используемой для металлизации оксидной керамики, содержащий молибден и стекло сиетемы MnO-AEijOj-SiOj с добавками 5с,0, Си.

Однако этот состав пасты не может быть использован для металлизации керамики на основе нитридов, так как при вжигании пасты происходит отслаивание металлизационного покрытия от поверхности керамики.

Известен состав пасты для металлизации керамики на основе нитридов, содержащий более 70 мас.% одного или более металлов из V« , V/a , Vlfd групп периодической системы Д.И.Менделеева, менее 30 мас.% одного или более элементов из числа А&, Si , М, Со (суммарное содержание металлических компонентов должно быть более 60 мас.Г) и стеклообразующий компонент, содержащий более 70 мас.% feiOjj и менее 30 мас.% одного или более оксидов металлов I, II, III, IV, и VIII групп периодической системы (суммарное содержание стеклообразующих компонентов должно быть менее 40 мас.%) 2J;

Недостатком металлизационных покрытий, получаемых при использовании этой пасты, является их малая термостойкость, из-за большой концентрации Si Oj в составе стеклообразующего компонента и невозможность получения прочных спаев при пайке высокотемпературными припоями (медь и т.д.) ввиду содержания в составе покрытия элементов, образующих при температуре пайки легкоплавкие эвтектики.

Наиболее близкой к предлагаемой является паста для металлизации керамики на основе нитридов, содержащая, мас.%: молибден 80-90, марганец 9-17, хром 1-4 t3.

Недостатком известной пасты является невысокая механическая прочность

спаев, получаемых при использовании медного припоя (механическая прочность на сдвиг 30 МПа), и отсутствие вакуумной плотности спаев.

Целью изобретения является повышение механической прочности спаев при пайке высокотемпературными припоями, обеспечение их вакуумной плотности и термостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что паста для металлизации керамики на основе нитридов, включая-дая молибден и марганецсодержащую добавку, содержит в качестве добавки стекло системы MnO-Aj-jOj-SiOj состава, мас.%: МпО 10-55, AbjOj 10-35, 5i 0 25-55 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Молибден 80-90

Стекло 10-20

Повьш1ение механической, прочности спаев керамики с металлом при пайке высокотемпературными припоями обусловлено, с одной сторона, высокой химической активностью стекол системы МпО-А RJ Oj - SiOj по отношению к нитридам, что способствует образованию переходной зоны между керамикой на основе нитридов и металлизационным покрытием и прочному закреплению покрытия на поверхности керамики, а с другой стороны - высокой кристаллизационной способностью продуктов взаимодействия стекол и нитридов и вьюокой температурой плавления продуктов кристаллизации, что препятствует проникновению высокотемпературных припоев вглубь металлизационного слоя при пайке с металлом. Повышение механической прочности .спаев приводит к повипению их термостойкости. Хорошая смачиваемость частиц молибдена стеклом системы МиОA0jO -5iO способствует образованию вакуумноплотного металлизационного покрытия на поверхности керамики.

Минимальное содержание МпО в составе стекла 10 мас.%, так как при меньшем содержании МъО происходит уменьшение прочности спая при пайке высокотемпературными припоями и уменшение его термостойкости. Максимальное содержание в составе стекла 55 мас.% - определяется о,бластью стелообразования в системе MhO-A OjSiOj.-

Минимальное (10 мас.%) и максималное (35 мас.%) содержание в сотаве стекла определяются областью стеклообразования в системе Мг 0AezOj-S.Oj. Минимальное содержание SiO в составе стекла - 25 мас.% - определяется областью стеклообразования- в системе МпО-А ij Oj - SiO, максимальное содержание 5iO -55 мас.%, так как при боль5)0, происходит шем содержании уменьшение механической и термической i

прочности спаев.

Технология получения металлизационного покрытия на поверхности керамики на основе нитрида следующая. Стекло системы - 5Ю варят в атмосфере нейтрального газа или водорода при 1500-1вОО С в течение 1ч. После варки стекло измельчают до. прохождения через сито К 063, а затем подвергают помолу в вибрацион ной мельнице в течение 6 ч. Порошок молибдена измельчают в вибрационной мельнице в среде этанола в течение 60 ч. После весовой дозировки компонентов пасты производят их смешивание в вибрационной мельнице в течение 2ч Металлизационную пасту готовят из too г смеси молибдена со стеклом и 30 г раствора нитроклетчатки в амилацетате путем смешивания компонентов в агатовом барабане на валковой мельнице в течение 4ч. Пасту наносят на деталь из керамики на основе нитрида кремния или алюминия при помопр кисточки, толшина слоя пасты составляет 50-60 мкм. Покрытие вжигают в атмосфере азота, водорода, формир-газа при 1200-1450°С 109

ее на нитрид алюминия и вжигают по указанной технологии при . Механическая прочность спаев на сдвиг при пайке медью 150±10 МПа. Спаи ва64в течение 1 ч. Нагрев и охлаждение образцов в печи производят со скоростью 20 С/мин. После операции вжигания металлизационного покрытия осуществляют пайку металла с керамикой медным припоем. Пример 1. Готовит пасту, содержащую, мас.%: Мо 90; стекло 10/ (МпО 40; 30- St 0 30), наносят куумноплотные. Количество вакуумно.плотных спаев после 30 термоциклов 20600-20 С составляет 100%, механическая прочность спаев на сдвиг после 30 термоциклов 70±10 МПа. Пример 2. Готовят пасту, содержащую, мас.%: Мо 80, стекло 20, (МпО 30, АВ.;Оз 35, SiOj 35), наносят ее на нитрид 1 и вжигают по указанной технологии при . Механическая прочность спаев на сдвиг при пайке медью составляет 130t15 МПа. Спаи вакуумиоплотные. Количество вакуумноплотных спаев после 30 термоциклов 20-600-20 С составляет 100%, механическая прочность спаев на сдвиг после 30 термоциклов МПа. В таблице приведены свойства спаев, полученных с использованием предлагаемой пасты, нанесенной на нитриды кремния или алюминия, в зависимости от соотношения молибден-стекло, соотношения компонентов стекла, режимов вжигания.

ПАСТА даЯ4в 1Ш ЗАЦИИ КЕРАШКИ НА ОСНОВЕ «fff traeB, включающая молибден и марг1 «| |содержа цую добавку, о т л и ч a 19 ц a я с я тем,что, с целью пов1 ш9ения .ь хдиичёской прочности спаев при пайУ::е высокотемпературными припоями, обеспечения их вакуумной плотности и термост ЙкЬсти, она содержит в качесТбе добавки стекло системы MhO - - SiOj состава, мас.%: МпОtd-5S Ae Oj10-35 SiOj25-55, при соотношении компонентов, мас.%: % (/) Молибден 80-90 Стекло 10-20 С

Мо 90, стекло 10

(МпО 40, AfcjO, 30,

SiOj 30)

Мо 80, стекло 20

(МпО 30, AIL О 35,

S;0j 35)

150t10 70i10 100 100

r350 C-t4 130+10 80t10 100 100 Mo 90, стекло 10 (МпО 50, AEjO, 10, 5i-0j АО) Mo 80, стекло 20 (MhO 55, 20 AfeNUOO C-IM 3)0,, 25) Mo 90, стекло 10 (НПО 20, 30 5iOj 50) Mo 80, стекло 20 (MOD 30, 15 S50j 55) Mo 90, стекло 10 (MnO 55, AEjOj 20 SOz 25) Mo 80, стекло 20 (MnO 10, 20, SiO, 70) Mo 90, стекло 10 (MnO 10, AfejOj 30, S.-Oj 60)

10 Mo 95, стекло 5

(MnO 40, A 0, 30

SiOj 30)AlN 11Mo 75, стекло 25 ( 40, AEjOj 30, Si О, 30)А EN 12Mo 90, стекло 10 (НПО 40, AtjO, 30, SijN SiOj 30)

.6

1098926

Продолжение таблицы 1250С-1ч 1350С-1ч 1450°С-1ч 1450 С-1ч

30110 1300 С-1ч крытия от 150±15 80t15 100 100 13011090t10100100 150110 80115 100 100 120110 80115 100 100 140110 80t10 100 100 60110 100 60 90110 65115 100 50 90110 Отслаивание металлиэационного поповерхности керамики 180120 90110 100 100

I .

13 Mo 80, стекло 20 г MhO 40, AfjOj 30, SiOj 30)

Mo 90, стекло 10 (MnO 40, A г, О 30,

Si О, 30)

BN Пирролити-ческий

15 МО; 80, Mn 17,

Сг 3 (Известный)

AtN

Как видно из примеров,- введение в состав пасты на основе молибдена добавки стекла позволяет в 4-5 раз повысить механическую прочность спая керамики на основе нитрида с металлом при пайке высокотемпературным медным припоем и лолу1300С-1ч 160t20

80i10

100 100

1300 С-1ч 613

1200°С-2ч 30110

чать вакуумноплотные

термостойкие спаи.

Повышение механической прочности спая позволяет повысить длительность надежной работы металлокерамичес;ких узлов в условиях высоких механических нагрузок и высоких температур.