Способ диффузионной сварки оксидной керамики с медью Советский патент 1991 года по МПК B23K20/16 

Изобретение относится к диффузионной сварке и может быть использовано в электронной, электротехнической и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение качества сварного соединения.

Способ осуществляют следующим образом.

Между свариваемыми поверхностями деталей из оксидной керамики и меди располагают промежуточную прокладку, содержащую мелкодисперсные порошки меди и 30-40 мас.% легкоплавкого стекла, детали нагревают до 750 - 800°С, сдавливают усилием |-3 МПа и осуществляют изотермическую выдержкуу в течение 30 - 40 мин. После сварки

детали охлаждают под нагрузкой до комнатной температуры.

В период нагрева в зоне соединения протекают следующие процессы.При температуре 500 - 550°С стекло активно расплавляется и заполняет микронеровности на поверхности меди и керамики. Химического взаимодействия между оксидами соединяемых материалов, как установлено рентгенострук- турными исследованиями, не происходит. С повышением температуры до 750-800°С оксид свинца, входящий в состав стекла, взаимодействует с оксидом алюминия с образованием соединения Pb(A10i)z и меди с образованием .

Э СО СО СО

СО

При формировании соединения Cu6PbOg поверхность меди очищается от оксидов, и атомы меди из порошка, присутствующего в прокладке и соеди- няемой меди, обладая высокой дифЛу- зионной подвижностью при 750 - 800°С активно диффундируют в керамику,образуя твердые растворы в стеклофазе керамики, расположенной по границам зерен корунда.

Таким образом, образование соединения обеспечивается процессами химического взаимодействия между оксидами с образованием прочных химичес- ких связей и диффузионными процессами между очищенными металлом и стеклофазой керамики с образованием твердых растворов, что позволяет повысить качество сварного соединения.

Несмотря на то, что керамика является теплоизолятором, дополнительное введение теплоизоляционного ма-1- териала (стекла) в зону соединения нежелательно, так как может ухудшить теплоотвод от прибора к подложке. Поэтому введение порошка стекла в зону соединения необходимо не только для повышения прочности, а также с целью улучшения теплоотвода.

При содержании стекла более 40 мас.% теплопроводность переходного слоя снижается. При содержании стекла менее 30 мас.% не происходит образования соединения по всей штос- кости прилегания из-за недостатка оксидов стекла, взаимодействующих с оксидами алюминия и меди. Прочность соединения снижается.

При температуре ниже 750°С медь не обладает достаточной диффузионной подвижностью, поэтому соединение, полученное только за счет химического взаимодействия оксидов (при Т 700 - 740°С), менее прочно, вели- чение температуры сварки выше 800 С приводит к деформации деталей из меди, что в ряде случаев является недопустимым.

Усилие сжатия в пределах 1-3 МПа является необходимым и достаточным для создания физического контакта между соединяемыми материалами,Увеличение давления свыше 3 МПа приводит к выдавливанию расплавленного стекла из зоны соединения.

Время изотермической выдержки 30 40 мин обеспечивает наиболее полное протекание процессов взаимодействия.

0

5 0

с

0 5

Q

5

На первом этапе взаимодействие носит очаговый характер. После 10-минутной выдержки новых химических соединений в зоне сварки не обнаружено. По результатам рентгеноструктур- ного анализа установлено, что после 20-минутной выдержки в зоне присутствует только химическое соединение . После 30-минутной выдержки обнаружено также соединение РЪ(А102)2.

После охлаждения до комнатной температуры образцы подвергают испытанию на прочность и термоциклирование: жидкий азот (190°С) - кипящая вода (+100 С). После термоциклирования металлографически исследуют образование трещин и проверяют образцы на электропробой. Прочность соединения составляет 14-15 кг/ммг. Образование трещин наблюдается после второго цикла термоциклирования.

Пример. На предварительно обезжиренную поверхность керамики 22ХС по всей плоскости напыляли порошкообразную мелкодисперсную композицию стекла состава, мас.%: РЪО 26-43; BgOj- 22-31; ZnO 12-32; SiO., 13 - 13; А1203 0,3 - 0,5; Мп02 0,2 - 0,5; СиО 0,2-2,0; CdO 0,2-0,5; 2.0ff 0,2 - 1,2, с мелкодисперсным порошком меди (5-7 мкм) при соотношении компонентов, мас.%: стекло 35; Си 65, толщиной 20 - 40 мкм. Затем керамическую деталь устанавливали на предварительно обезжиренную поверхность пластины из меди М-1 таким образом, чтобы нанесенная порошковая композиция находилась между керамикой и медной пластиной. Детали в сборе размещали в вакуумной камере. Металлокерамический узел нагревали до Т 770°С в вакууме 10 мм рт.ст. По достижении заданной температуры прикладывали сжимающую нагрузку Р 2 МПа, проводили изотермическую выдержку в течение 35 мин, затем охлаждали, не снимая нагрузки, до комнатной температуры. После охлаждения образцы подвергали испытанию на прочность и термоциклирование (жидкий азот - кипящая вода). Прочность соединения составила 20 кг/мм z,

Формула изобретения

Способ диффузионной сварки оксидной керамики с медью, при котором между свариваемыми поверхностями

5 1639919 6

деталей располагают промежуточную ку добавляют 30-40% мел ко дисперсно-,

прокладку, содержащую порошок меди,го порошка легкоплавкого стекла, а

детали нагревают, сдавливают и осу-медь берут также в мелкодисперсном

ществляют изотермическую выдержку,, состоянии, причем нагрев осуществляотличающийся тем,что,ют до 750-800°С, сдавливание - усилис целью повышения качества сварного .ем 1-3 МПа, а изотермическую выдержсоединения, в промежуточную проклад-ку - в течение 30-40 мин.

Изобретение относится к диффузионной сварке и может быть использовано в электронной, электротехнической и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение качества сварного соединения. Между свариваемыми поверхностями деталей из оксидной керамики и меди располагают промежуточную прокладку, содержащую мелкодисперсные порошки меди и 30-40 мас.% легкоплавкого стекла. Детали нагревают до 750 - 800 С, сдавливают усилием 1-3 МПа и осуществляют изотермическую выдержку в течение 30-40 мин. В процессе сварки компоненты стекла взаимодействуют с кристаллической фазой керамики с образованием химических соединений. Оксид меди, присутствующий на поверхности, растворяется в стекле, очищая поверхность и активизируя диффузионные процессы. с (О (А