Стеклоприпой для пайки изделий из керамики Советский патент 1991 года по МПК B23K35/24 

Изобретение относится к пайке, в частности к стеклоприпоям для пайки керамиче- ских материалов, и может быть использовано при пайке деталей из алюмонитридной керамики.

Предлагаемое изобретение может быть использовано в лазерной технике, приборостроении, авиации, машиностроении, космической технике.

Известен металлический припой для пайки деталей из нитридокремниевой керамики. Способ пайки состоит в размещении между соединяемыми поверхностями AIGe припоя, затем осуществляют сжатие, нагрев до 900-950°С с временем выдержки Г 30- 35 мин. В данном случае осуществляют пайку керамики с наличием проводящего слоя - припоя, Однако, в том случае, когда нужно получить паяные керамические узлы с непроводящим промежуточным слоем, вышеуказанный металлический припой не годится.

Известен стеклоприпой для пайки нит- ридокремниевой керамики, состоящий из ZnO, ВаОз и SiOa, при следующем содержании компонентов, мас.%:

ZnO69-71

В20з19,5-20.5

SiOa. 9,5-10,5

Пайку ведут при 700-720°С с временем выдержки г 20-25 мин.

- Припой обеспечивает получение прочных паяных узлов на основе керамических материалов с низким КТР ( а 22-30 х 10 °С ). Для пайки алюмонитридной керамики ( а 45 х ЮС) этот стеклопри- пой не пригоден из-за большой разницы в значениях КТР, что приводит к снижению механической прочности.

Известен стеклоприпой для пайки нитридокремниевой керамики, состоящий из ZnO, ВаОз, SI02, Ti02, при следующем содержании компонентов, мас.%: ZnO60-62

В20з17-18

«

sj

о

л

ел

«в&

Ti0212-14

Si 028-9

В припой может быть введено связующее, например лак АС-82 в количестве 24- 26 мас.%. Пайку ведут при 700-720°С с временем выдержки т 20-25 мин.

Припой обеспечивает получение прочных паяных узлов на основе керамических материалов с низким КТР ( а 25-35-10 7), Однако пайка алюмонитридной керамики этим стеклоприпоем позволяет получать паяные швы с невысокой механической прочностью и очень низкой стойкостью к термоударам, что связано с разницей значений КТР стеклоприпоя и КТР алюмонитридной керамики.

Целью изобретения является осуществление пайки изделий из алюмонитридной керамики.

Поставленная цель достигается за счет того, что стеклоприпой для пайки изделий из нитридокремниевой керамики, содержащей ZnO. SlOa, В20з, TI02, содержит указан- ные компоненты в следующем соотношении, мас.%:

ZnO54-58

В20з15-17

5Ю2 7,5-8,5

ТЮ216.5-23,5

В прЛпой может быть введено связующее, например лак АС-82 в количестве 26- 28 мас.%,

Стеклоприпой наносят на поверхность деталей, подлежащих пайке, обжимают собранный узел, нагревают до температуры 700-720°С, при времени выдержки т- 25- 30 мин.

В связи с тем, что в припое находится TI02 в количестве 16,5-23,5 повышена механическая прочность соединения, и тем самым осуществлена возможность пайки изделий из алюмонитридной керамики.

Согласно изобретению перед осуществлением пайки изделий из алюмонитридной керамики припой, содержащий ZnO, В20з, Si02, ТЮ2, берут при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ZnO54-58

В20з15-17

SI02.7,5-8,5

TI0216,5-23,5

В припой может быть добавлено связующее, например лак АС-82 в количестве 26- 28 мас.% к общей массе стеклопорошка, которое наносят на поверхность каждой из деталей.

Если лака брать меньше 26 мас.% согласно экспериментальным данным, то смесь лака со стеклопорошком быстро густеет и побывает торцы изделий очень толстым . Если лака брать больше 28 мас.%, то смесь становится жидкой, в результате чего торцы изделий покрываются

слишком онким слоем, недостаточным для формирования паяного шва.

ZnO способствует легкоплавкости стекла. Брать (юлее 58 мас.% нежелательно, так как наблюдается грубая кристаллизация и

0 возрастает КТР припоя, что отрицательно сказывается на механической прочности паяного шел. Брать менее 54 мас.% нежелательно, так как повысится температура пайки (со ласно проведенным эксперимен5 там).

В20з является стеклообразователем. Брать менее 15 мас.% нежелательно, так как наблюдается грубая кристаллизация, что снижает механическую прочность.

0 Брать бол зе 17 мас.% нежелательно, так как с увеличением возрастает КТР припоя, что приводит к снижению механической прочности.

Si02 вводят для расширения области

5 стеклообразования. Брать более 8,5 мас.% нежелательно, так как увеличится температура пайки. Брать менее 7,5 мас.% нежелательно, гак как наблюдается грубая кристаллизация, а это приводит к снижению

0 механической прочности.

ТЮ2 сводят для повышения механической прочности и повышенной стойкости к термоударам. Брать более 23,5 мас.% нежелательно, так как резко возрастает время

5 пайки, согласно проведенным экспериментам, что недопустимо, так как это приводит к росту кристаллов, а следовательно, к снижению механической прочности. Брать менее 16,5 мас.% нежелательно, так как

0 снижаете эффект армирования и количество центров тонкодисперсной кристаллизации, что п эиводит к ухудшению стойкости к термоударам.

Готовые к пайке детали с нанесенным

5 припоем укладывают в приспособление, осуществляют поджатие, устанавливают в печь, нагр звают до температуры 700-720°С. Если нагреть ниже 700°С, то стеклоприпой не растекается, т.е. не получается об0 щей структуры шва, в результате чего падает меканическая прочность.

Если н агреть выше 720°С то происходит укрупнение кристаллов в процессе охлаждения паяного соединения, что делает шовг

5 непрочным.

Паянье узлы выдерживают при заданной температуре в течение 25-30 мин.

Если Е.ыдержать менее 25 мин, то стеклоприпой не успеет расплавиться по всему объему шва, что сделает его непрочным.

Если выдержать более 30 мин, то это приведет к укрупнению кристаллов, что приведет к падению механической прочности шва.

Ниже приводит примеры осуществле- ния пайки предлагаемым стеклоприпоем на граничные, заграничные и средние пределы,

В указанных примерах рассмотрен припой, в который введено связующее.

П р и м е р 1. Берут стеклоприпой, содержание компонентов которого, мас.%: ZnO54

В20з16

,5

SI027,5,

из алюмонитридной керамики смешивают с 26 мас.% лака, наносят на торцы изделий, подвергающихся пайке, нагревают до 700°С, выдерживают в течение 30 мин, ох- лаждают вместе с печью. При испытании на механическую прочность вручную паяные узлы не разрушаются, при испытании в натурных условиях тлеющего разряда припой не выгорает, при испытании на термоудар образцы выдерживают заданное количество циклов, сГизг 3,94 кг/мм2.

П р и м е р 2. Берут стеклоприпой, содержание компонентов которого, мас.%:

Zn0258

В20з17

ТЮ2 .16,5

Si028,5,

смешивают с 28 мас.% лака, наносят на торцы изделий, подвергающихся пайке, на- гревают до 720°С, выдерживают в течение 25 мин, охлаждают вместе с печью. При испытании на механическую прочность вручную паяные узлы не разрушаются, при испытании в натурных условиях тлеющего разряда припой не выгорает, при испытании на термоудар образцы выдерживают заданное количество циклов 0изг 3,98 кг/мм .

П р и м е р 3. Берут стеклоприпой, со- держание компонентов которого, мас.%: ZnO59

В20з17,5

ТЮ215

Si028.5.

смешивают с 28 мас.% лака, наносят на торцы изделий, подвергающихся пайке, нагревают до 720°С, выдерживают в течение г 25 мин, охлаждают вместе с печью. При испытании на механическую прочность вручную паяные узлы не разрушаются, при испытании в натурных условиях тлеющего разряда припой не выгорает при испытании на термоудар образцы не выдерживают

заданное количество циклов аизг 3.51 кг/мм .

П р и м е р 4. Берут стеклоприпой, содержание компонентов которого, мае % ZnO53

В20з14,5

TI0225

SI027,5,

смешиваютс26 мас.% лака, наносят на торцы изделий, подвергающихся пайке, нагревают до 700°С, выдерживают в течение т- 30 мин, охлаждают вместе с печью. При испытании на механическую прочность вручную паяные узлы не разрушаются, при испытании в натурных условиях тлеющего разряда припой не выгорает, при испытании на термоудар образцы не выдерживают заданное количество циклов ггиэг 3,42 кг/мм .

П р и м е р 5. Берут стеклоприпой, содержание компонентов которого, мас.%. ZnO56

В20з16

TI0220

SI028.

смешивают с 27 мас.% лака, наносят на торцы изделий, подвергающихся пайке, нагревают до 710°С, выдерживают в течение т- 27,5 мин, охлаждают вместе с печью. При испытании на механическую прочность вручную паяные узлы не разрушаются, при испытании в натурных условиях тлеющего разряда припой не выгорает, при испытании на термоудар образцы выдерживают заданное количество циклов. Были проведены механические испытания десятков образцов из алюмонитридной керамики, паяных стеклоприпоем, на лабораторном прессе марки КЭФ методом трехточечного изгиба. Получено среднее значение Стизг 4,27 кг/мм . Ряд образцов, паяных стеклоприпоем, испытывали на термостойкость. Нагретые до 300°С в муфельной печи типа СНОЛ их погружали в холодную воду с температурой 18°С. Образцы выдержали без разрушения заданное количество термоциклоо (300°С-вода(18°С))-50.

Для сравнения были испытаны образцы из алюмонитридной керамики, стекленные высокотемпературным клеем-цементом МАФ-29. Механические испытания показали среднее значение сгизг 1,41 кг/мм2, термоциклических испытаний образцы не выдержали и разрушились после первого термоцикла из-за значительной разницы в КТР между МАФ-29 и алюмонитридной керамикой.

Для сравнения были испытаны образцы из алюмонитридной керамики паяные стеклоприпоем для пайки нитридокремниевой керамики. Механические испытания показали среднее значение сгиэг 3,51 кг/мм2, испытания на термостойкость показали, что образцы выдерживают в среднем только 30 термоциклов по режиму 300°С - вода (18°С).

Таким образом, благодаря предлагаемому стеклоприпою расширяются его функциональные возможности. . осуществляется пайка труднопаяемых керамик, таких как алюмонитридная керамика, стает возможным получать непроводящие паяные швы с высокой механической прочностью и повышенной стойкостью к термоударам, что по- зволяет повысить надежность соединений и fix работоспособность.

5

Формула изобретения

1.Стеклоприпой для пайки изделий из керамики, содержащий окись цинка, борный ангидрлд, двуокись титана и двуокись кремния, отличающийся тем, что, с целью осуществления лайки изделий из алюмонитрпдной керамики, он содержит указанные компоненты в следующем соотношении, м,эс.%:

Окись цинка54-58

Борный ангидрид15-17

Двуокис ь титана16,5-23,5

Двуокис ь кремния7,5-8,5

2,Стеклоприпой поп.1,отличающий- с я тем, что и качестве связующего используют лак АС-82, содержание которого по отношению к порошку припоя составляет26-28 мае. %.

Изобретение относится к пайке, в частности к стеклоприпоям для пайки керамических материалов, и может быть использовано при пайке деталей из алюмонитридной керамики. Цель изобретения - осуществление пайки изделий из алюмонит- ридной керамики. Стеклоприпой содержит, мас.%: 54-58 окиси цинка; 15-17 борного ангидрида; 16,5-23,5 двуокиси титана и 7.5- 8,5 двуокиси кремния. При использовании припоя в виде пасты в качестве связующего применяется лак АС-82, содержание которого по отношению к порошку припоя составляет 26-28 мас.%. Применение данного припоя дает возможность получать паяные детали из алюмонитридной керамики, имеющие высокое качество полных соединений. 1 з.п.ф-лы.