Стекло для спаивания с пермаллоем Советский патент 1992 года по МПК C03C3/108 C03C8/24 

Предлагаемое изобретение относится к составам стекол для спаивания с металлическим сплавом пермаллой при изготовлении магнитодиэлектриков, используемых в электронной технике.

Магнитодиэлектрики, сочетающие в себе магнитные и диэлектрические свойства, в настоящее время изготавливаются из смеси порошка магнитного материала, например железа, феррита, пермаллоя (сплав на основе железа и никеля), и диэлектрического связующего, обычно смол. Полученные с использованием последних композиционные материалы механически непрочны химически неустойчивы. Кроме того, диэлектрическое связующее применяется для соединения пермаллоевых элементов пластинчатой формы, например, при изготовлении сердечников магнитных головок. В этому случае также желательно повышение прочности соединения, т.к. в процессе эксплуатации головка подвергается значительному контактному давлению.

Прочность и химическую устойчивость можно в значительной степени повысить за счет замены органического связующего порошком из стекла, спекая последний с пермаллоем при температуре растекания стекла.

В настоящее время для производства электронных приборов наиболее широкое применение находят пермаллоевые сплавы, содержащие молибден. Их нагрев сверх температуры 750°С недопустим, т.к. приводит к деградации магнитных свойств. Совокупность требований, которым должно удовлетворять стекло для обеспечения возможности его применения при производстве магнитодиэлектриков из молибде- носодержащего пермаллоя, можно сформулировать следующим образом:

1)температура растекания не должна превышать 750°С;

2)наличие высокой адгезии к частицам порошка молибденсодержащего пермаллоя;,

(Л

С

ч|

о ел

ю

ON

3)кристаллизационная устойчивость;

4)отсутствие склонности к выделению пузырьков при спекании прессованных заготовок магнитодиэлектриков;

5)отсутствие склонности к коррозион- ному растравливанию частиц порошка мо- либденсодержащего пермаллоя при спекании;

6)согласованность с молибденсодержа- щим пермаллоем по термическому расши- рению, обеспечиваемая при значениях температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) не ниже 95 10 С ;

7)микротвердость по Виккерсу - не ниже 650 кгс/мм ;

8)высокая водо- и щелочоустойчивость. Известно стекло для спаивания с пермаллоем, включающее, мас.%:

Si028-12

В20з11-15

ВаО50-65

А 20з3-5

SrO5-20

MgO2-4

Ре20з0,1-0,5

NiO0,1-0,5

Существенными недостатками этого стекла являются высокая температура растекания - 900°С и недостаточная кристаллизационная и химическая устойчивость (из-за значительного содержания оксида бария). Указанная температура растекания не позволяет использовать стекло данного состава для спаивания с молибденсодержащим пермаллоем.

Наиболее близким к предлагаемому по составу и достигаемому результату является стекло для спаивания с железоникелевым сплавом (пермаллоем) (2), включающее, мас.%:

Si0260,3-64,7

AI2032,5-7,6

В20з17,2-20,8

№204,5-7,3

К202,5-5,8

Li200,5-2,4

Ti020,5-2,9

Аз20з0-0,3

5Ь2Оз0-0,3

при этом сумма Аз20з + 5Ь20з равна 0-0,3.

Данное стекло выбирается нами за прототип.

По сравнению с известным оно характеризуется большей кристаллизационной устойчивостью и существенно более высокой химической устойчивостью. Его микротвердость по Виккерсу составляет около 600 кгс/мм . Недостатками этого стекла являются высокая температура растекания - не

-7

менее 860°С и низкий ТКЛР - (60-72) 10 . Эти недостатки стекла исключают возможность его использования для получения магнитодиэлектриков из молибденсодержа- щего пермаллоя.

Целью предлагаемого изобретения является снижение температуры растекания и повышение температурного коэффициента линейного расширения.

Цель достигается тем, что стекло для спаивания с пермаллоем, включающее SiOa, AlaOs, В20з, Na20, Li20 и 5Ь2Оз, дополнительно содержит Bi20s, PbO, CdO и при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Конкретные примеры составов предлагаемого стекла приведены в табл.1, свойства - в табл.2: ТКЛР а в интервале температур 20-300°С и температура начала деформации Тн д., определенные при нагреве в дилатометре ДКВ-5А со скоростью 3°С/мин; температура растекания Траст, при которой краевой угол смачивания подложки из молибденсодержащего пермаллоя становится менее 15°; микротвердость по Виккерсу Hv, измеренная с помощью микротвердомера ПИТ-3 по стандартной методике при нагрузке на индентор, равной 100 г; потери массы образцов диаметром 20 мм, высотой 8 мм после кипячения в дистиллированной воде в течение 3 ч - Рв, после кипячения в 5%-ном растворе NaOH в течение 1 ч - Рщ.

Стекла синтезируются в платиновом или в корундовом тигле при температуре 1330°С. То обстоятельство, что предлагаемое стекло содержит значительное количество оксидов лантана и кадмия, в принципе должно было бы привести к существенному повышению температуры растекания по сравнению со стеклом-прототипом, тем более при резком снижении содержания оксида бора, а также понизить кристаллизационную устойчивость. Снижение же содержания еще и второго, основного, стеклообразователя-кремнезема - обычно приводит к увеличению насыщенности стекла растворенными газами и интенсивности выделения их при спаивании, к снижению химической устойчивости. Введение в стекло рассматриваемого типа оксидов и CdO совместно с оксидами и РЬО при отработанном оптимальном соотношении всех компонентов привело к необычному результату: температура начала деформации стекла повысилась по сравнению со стеклом-прототипом, а температура растекания - резко снизилась: при этом во время спекания отпрессованных заготовок магнитодиэлектриков образования пузырьков на поверхности соприкосновения с частицами порошка молибденсодержащего пермаллоя не наблюдается.

Предложенное стекло удовлетворяет всем требованиям, перечисленным выше. Во-первых, оно характеризуется существенно более высоким по сравнению со стеклом-прототипом ТКЛР и хорошим согласованием с молибденсодержащим пермаллоем по термическому расширению, благодаря чему в спеченных магнитодиэ- лектриках совершенно не образуется трещин. Во-вторых, стекло обладает высокой микротвердостью, а указанное содержание в предлагаемом стекле SI02 и в значительной степени определяет высокий уровень его химической устойчивости. При содержании SI02 и В20з в количестве менее 46,5 и 4,5%, соответственно, химическая устойчивость предлагаемого стекла существенно снижается. Если содержание Si02 превышает 50,0%, заметно увеличивается температура растекания стекла. При содержании 8263 сверх 10,4% существенно увеличивается насыщенность стекла парами воды, что приводит к возникновению пузырьков в спеченных магнитодиэлектриках.

Присутствие в предлагаемом стекле оксида алюминия повышает его механическую прочность и кристаллизационную устойчивость. Такое действие проявляется, если его содержание в стекле оказывается не менее 0,2%. При его содержании сверх 13,4% существенно увеличивается температура растекания стекла.

Температура растекания стекла заметно повышается, если количество оксидов натрия и лития становится менее 5,5 и 3,5% соответственно. Если их содержание увеличивается сверх 91, и 4,0% соответственно снижается химическая устойчивость стекла.

Количество пузырьков в сваренном стекле существенно увеличивается при содержании менее 0,2 %. Если ее содер- жание увеличивается сверх 0,4%,

снижается кристаллизационная устойчивость стекла.

Снижение температуры растекания и интенсивности образования пузырьков в спеченных магнитодиэлектриках становится существенным, когда содержание ВЮ2, PbO, CdO и оказывается не менее 11,1; 2,7; 1,5 и 0,6% соответственно. При содержании этих оксидов, соответственно, сверх 12,9; 3,2; 3,9 и 13,9% заметно снижается кристаллизационная устойчивость стекла.

Применение предлагаемого стекла делает возможным изготовление механически прочных и химически устойчивых магнитодиэлектриков из молибденсодержащего пермаллоя, нагрев которого выше температуры 750°С недопустим.

Формула изобретения Стекло для спаивания с пермаллоем, включающее SiOa, , , Na20, Li20 и 5Ь20з, отличающееся тем, что, с целью снижения температуры растекания и повышения температурного коэффициента ли- нейного расширения, оно дополнительно содержит В120з, PbO, CdO и при следующем соотношении компонентов, мас.%: 5Ю2-46,5-50,0 А120з-0,2-13,4 В20з- 4,5-10,4

N320-5,5-9,1 Li20 - 3,5-4,0 Sb203- 0,2-0,4 В120з- 11,1-12,9 РЬО-2,7-3,2

CdO- 1.5-3,9 1 а20з- 0,6-13,9

Таблица 1

Таблица 2

Использование: для спаивания со сплавом пермаллой, Сущность изобретения стекло содержит оксид кремния 46,5-50% БФ Si02, оксид алюминия 0,2-13,4% БФ AlaOa, оксид бора 4,5-10,4% БФ В20з, оксид натрия 5,5-9,1 % БФ №20, оксид лития 3,5- 4% БФ LJ20, оксид сурьмы 0,2-0,4% БФ 5Ь20з, оксид висмута 11,1-12,9% БФ В|20з, оксид свинца 2.7-3,2% БФ РЬО, оксид кадмия 1,5-3,9% БФ CdO, оксид лантана 0,6- 13,9% БФ . Характеристики стекла температура растекания 710-750°С, температурный коэффициент линейного расширения (95-103) 1/°С. 2 табл.