Способ контактного плавления Советский патент 1988 года по МПК B23K1/00 

4

-J

Изобретение относится к контактному плавлению (КП) материалов и может быть использовано в металлургической и химической промьшшенности, в полупроводниковой технологии, в процессах пайки и сварки. Цель - расши-, .рение технологических возможностей процесса КП. Заготовки из различных материалов приводят в контакт. Осуществляют их нагрев до температуры образования жидкой фазы в зоне контакта. Накладывают на зону расплава постоянное магнитное поле в направлении,, параллельном фронту КП. и постоянное электрическое поле в направлении, перпендикулярном фронту КП. Электрическое поле наклещывают после образования в контактной прослойке интерметаплида. В процессе КП проводят по меньшей мере однократное изменение величины электрического и/или магнитного полей. При проведении процесса в конвективном режиме увеличивается скорость КП, а при диффузионном режиме повышается эфе- фективность управляемого воздействия на рост морфологически различных твердых фаз. 5 з.п. ф-лы. О)

Ю

1U

Изобретение относится к контактному плавлению материалов и может быть использовано в металлургической и химической промьшшенности в полупроводниковой технологии, в процессах пайки и сварки.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей процесса контактного плавления,

Способ реализуется следующим образом.

Заготовки из различных материалов приводят в контакт, осуществляют на- грев до температуры образования жид- .кой фазы в зоне контакта и накладывают на зону расплава постоянное магнитное поле в направлении, парал.пель ном фролту контактного плавления, и постоянное электрическое поле в на- правлении, перпендикулярном фронту контактного плавления. В процессе контактного плавления направление электрического или магнитного полей может периодически изменяться на противоположное. Дпя интенсификации контактногоi плавления процесс может быть проведен в конвективном режиме. Для повышения эффективности управляемого воздействия на рост морфоло- гш1ески- различных твердых фаз процесс может быть проведен в диффузионном режиме. Электрическое поле может быть наложено после образования в контактной прослойке интерметаллида. В процессе контактного плавления величины электрического или,магнитного полей могут быть изменены. ,

Способ основан на управлении движением ионов расплава скрещенными магнитным и электрическим палями. Осуществление контактного плавления в конвективном режиме в скрещенных электрическом и магнитном полях позволяет значительно интенсифицировать процесс, которым довольно просто управлять, причем интенсификация может быть достигнута практически в любых классах систем если они 11меют сколь-нибудь существенную электро- проводность. Электрический ток можно включать не в момент начала контактного плавления, а через некоторое время, за которое у границы образцов с жидкостью в соответствующих систе- мах успевает образоваться слой интерметаллида. В данном случае включение электрического тока, приводит к измельчению и рассеянию по ;всей контактной

722

прослойке этого слоя, этим самым-до- стигается устранение хрупкого после кристаллизации интерметаллидного сло

При проведении процесса в диффу- зионном режиме используют эффект поперечного массопереноса в жидкой контактной прослойке при контактном плавлении в тройньрс эвтектических системах под влиянием постоянного магнитного поля, а также при связанном с этим эффектом образовании в контактной жидкости.кристаллических структур в широком диапазоне размеров: от микронных до 30-50-микронных .глобул при еще больших пересыщениях плоских игл - вискеров размерами до 100 мкм в длину и больше. Причем, в связи с тем, что рост их проходит в парат или диамагнитной жидкой среде, а растущие кристаллы также являются пара- или диамагнитными, то наблюдается определенная пространственная ориентация этих пластинок относительно вектора магнитной индукции. Дополнительное наложенне электрического поля позволяет эффективнее управлять процессом формирования указанных фаз Напряженность магнитного и электрического полей при этом -подбираются в зависимости от типа (вида) контактной системы, но так, чтобы процесс проводился в диффузионном режиме. Это позволяет формировать твердожид- кие зоныв широком диапазоне размеров практически в любом заданном месте прослойки.

Пример . Контактное плавление проводили в конвективном режиме. Заготовки из висмута и сплава олова - 50% по массе кадмия, длиной по 0,015 м и диаметром 0,0028 м приводились в контакт в стеклянной трубочке торцовыми поверхностями в вертикальном положении так, чтобы более плотный висмут диффундировал вверх. Контактирование осуществлялось в глицериновом термостате, находящемся в межполюсном расстоянии электромагнита . Межполюсное расстояние 0,02 м. Диаметр полюсных наконечников магнита 0,05 м. Величина индукци магнитного поля 1,97 Тл. Силовые линии горизонтальны. Электрический ток силой 60 мА через заготовки пропускали с момента их контактирования. Направление т ока - от висмута к сплаву кадмий - олово. Температура 408 К. Время плавления 30 мин. Скорость контактного плавления в конвективном режиме равна 0,29-10 м/с, а в условиях диффузионного режима: без полей или без одного из них, в этой системе составляет 0,1110 м/с, отношение скоростей 1,9, т.е. интенсификация процесса увеличивается в 1,9 раз. В этом примере для данного значения индукции магнитного поля значение тока наименьшее, при котором уже существенно влияние скрещенных полей. Удвоение тока ведет к резкому ускорению процесса, что дает возможность сократить время контактного плавления от 30 мин до нескольких минут для получения прослойки той же ширины.

II р и м е р 2. Контактное плавление проводилось так же как в примере 1, но в течение 30 мин ток тек от висмута к сплаву кадмий - олово, затем в течение еще 30 мин в обратном направлении, при неизменной ориентации магнитного поля. Величина магнитного поля 1,72 Тл, ток - 40 мА. Скорость контактного плавления в этом случае,- т.е. в конвективном режиме, .0,20310 м/с.

поле без тока эта область есть, В магнитном поле и с электрическим т ком названной величины и направле твердожидкой зоны нет. Увеличение уменьшение тока приводит к появлен твердожидкой зоны в противоположно или в той же стороне контактной п слойки соответственно. Для каждой

Q системы существует ток компенсации влияния заданного наперед магнитно поля. Больший этого предельного зн чения ток вызывает формирование тв дожидкой зоны в противоположной от

15 носительно оси образца области ко тактной прослойки.

Приме р 4. Опыт проводился также, как и в примере 3, но во в мя контактного плавления в течени 900 с ток не пропускался, затем в

20

чение 900 с пропускался ток плотно 1

в направлении от ол

стью 2,3 А/м к сплаву висмут - кадмий. В конта ной прослойке сформированы две тв 25 жидкие зоны - в противоположных о сительно оси образцов участках. П женность верхней твердожидкой зоны по диаметру - , нижней твердож кой зоны по диаметру - 7%. Варьир

а в отсутствии магнитного поля и тока 0,11640 м/с.30 время первого и второго этапов, а

также величину тока (и на первом пе} и магнитного поля, можно полу различные варианты расположения и размеров твердо-жидких зон. По сравненизо с контактным плавлением магнитном поле достигается интенси кация процесса формирования тверд жидких зон, их большая компактнос возможность различного расположен по высоте в контактной прослойке перемена местоположения на против положное, прекращение выделения т дой фазы.

Отношение скоростей 1,75.

По сравнению с обычным контактным плавлением достигается интенсификаци процесса, причем скорость процесса легко регулируется либо изменением индукции магнитного поля, либо изменением TOKaj либо и тем и другим.

П р и м е р 3. Процесс контактног плавления проводили в диффузионном режиме. Заготовку из сплава висмут - 38% по массе кадмия и заготовку из олова (сплава висмут -70%) длиной по 0,015 м и диаметром 0,0028 м приводили в контакт в стеклянной трубочке торцовыми поверхностями в вертикальном положении так, чтобы, более плотный висмут диффундировал вверх. Контактирование осуществляется в термостате, находящемся в межполюсном пространстве электромагнита ФЛ-1. Величина индукции магнитного поля 1,93 Тл. Силовые линии горизонтальны. Через образцы с момента их контактирования пропускался постоянный ток плотностью 1,5 10 А/м, направленный сверху вниз. Температура 408 К. Время плавления 30 мин. Б 3Toii системе без магнитного поля нет твердожидкой области. В магнитном

7172

поле без тока эта область есть, В магнитном поле и с электрическим током названной величины и направления твердожидкой зоны нет. Увеличение или уменьшение тока приводит к появлению твердожидкой зоны в противоположной или в той же стороне контактной прослойки соответственно. Для каждой

Q системы существует ток компенсации влияния заданного наперед магнитного поля. Больший этого предельного значения ток вызывает формирование твердожидкой зоны в противоположной от15 носительно оси образца области контактной прослойки.

Приме р 4. Опыт проводился также, как и в примере 3, но во время контактного плавления в течение 900 с ток не пропускался, затем в те20

чение 900 с пропускался ток плотно- 1

в направлении от олова

стью 2,3 А/м к сплаву висмут - кадмий. В контактной прослойке сформированы две твердо- 25 жидкие зоны - в противоположных относительно оси образцов участках. Протяженность верхней твердожидкой зоны по диаметру - , нижней твердожидкой зоны по диаметру - 7%. Варьируя

.30 время первого и второго этапов, а

время первого и второго этапов, а

также величину тока (и на первом этапе} и магнитного поля, можно получить различные варианты расположения и размеров твердо-жидких зон. По сравненизо с контактным плавлением в магнитном поле достигается интенсификация процесса формирования твердо- жидких зон, их большая компактность, возможность различного расположения по высоте в контактной прослойке и перемена местоположения на противоположное, прекращение выделения твер- дой фазы.

Формирование твердожидкой зоны

в контактной прослойке подобным образом возможно и в системах, г де не т.олько без магнитного поля нет подобных зон, но нет их и при воздействии только одним магнитным полем. Важен

факт роста твердых частиц во время контактного плавления, что дает возможность ориентированного их роста при наложении магнитного поля и еще более четкой ориентации при совместном действии поля и тока.

По сравнению с прототипом, по предлагаемому способу удается повысить эффективность воздействия на рост морфологически различных твер

51437

дых фаз и локализацию их в жидкой контактной прослойке, что существенно расширяет технологические возможности способа контактного плавления, которое используется для получения . сплавов, для выращения сплавов с анизотропными свойствами в полупроводниковой технологии.

Формула изобретения

I Способ контактного плавления, при котором, приводят в контакт заго- .товки из различных материалов, осу- ществляют нагрев до темпе4 атуры образования жидкой фазы в зоне контакта и накладьшают постоянное магнитное поле в. направлении, параллельном фронту контактного плавления, о т - лича ющийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей процесса, на заготовки какладьшают постоянное электринеское поле в напраёлении, перпендикулярном фронту контактного плавления.

0

5

0

5

1726

тактного плавления периодически производят изменение направления электрического и/или магнитного полей на противоположное.

: ч

в контактной прослойке йнтерметаллида

6.Способ по п.А, отличаю - щ и и с я тем, что в процессе контактного плавления производят по меньшей мере однократное изменение величины электрического и/или магнитного полей.