Способ получения молибденового покрытия на керамике Советский патент 1992 года по МПК C04B41/88 

Изобретение относится к получению металлизированной корундовой керамики и может быть использовано для изготовления металлокерамических узлов (спаев) в электротехнической, электронной и вакуумной технике.

Условия эксплуатации предъявляют требования к качеству металлокерамических узлов: вакуумная плотность, высокая механическая прочность, термостойкость. Одним из основных материалов, применяемых для покрытия поверхности керамических изделий, является молибден, который по своим свойствам занимает промежуточное положение между керамикой и металлами, которые используют для формирования металлокерамических узлов.

Известен способ получения молибденового покрытия на поверхности стекла при разложении карбонила молибдена под воздействием излучения эксимерного лазера (длина волны 0,198 мкм, длительность облучения 120 с). Механическая прочность на отрыв полученного металлического покрытия (толщиной 0,1-0,5 мкм) составляла 55 МПа. Столь низкая прочность является недостатком данного метода.

Наиболее близким по достигаемому техническому эффекту к предлагаемому и принятым за прототип является способ получения молибденового покрытия на нагретой до 250-900°С подложке из графита за счет термического разложения паров гекса- карбонила молибдена при давлении 1- 15 Па,

Однако указанный способ не обеспечивает высоких термомеханических свойств покрытий (а значит, и металлокерамических спаев).

XI о о

00

ю

4

Целью изобретения является повышеие механической прочности, вакуумной лотности и термостойкости покрытия.

Для этого молибденовое покрытие полчают путем термического разложения гек- акарбонила молибдена при давлении 1-50 Па, причем термическое разложение существляют облучением поверхности ке- амики СОэ-лазером с интенсивюстью 10 103 Вт/см и длительностью воздействия 1-100 с.

Сущность способа заключается в следующем.

Реактор с помещенным в него образцом из керамики 22ХС вакуумировали до остаочного давления 0,1 Па и при непрерывном вакуумировании подавали в него из сублиматора пары карбонила молибдена до заанного давления. Излучение СОа-лазера через окно из NaCI подают в реактор перпендикулярно поверхности образца. Интенсивность излучения варьируют путем изменения мощности лазера или с помощью собирающей линзы. Длительность лазерного воздействия варьировали с помощью дискового затвора. Излучение СОа- лазера эффективно поглощается керамикой и нагревает ее приповерхностный слой, в то время как весь образец и стенки реактора остаются холодными. Находящийся в реакторе в виде паров карбонил разлагается на локально нагретой поверхности керамики с образованием молибдена и окиси углерода.

Толщину, морфологию и элементный состав покрытия определяли с помощью сканирующего электронного микроскопа фирмы Филипс. Толщина получаемых молибденовых покрытий составляет несколько микрометров. Морфология покрытия представляет собой однородную мелкокристаллическую плотную структуру. Массовый состав покрытия: Мо- 98%, С -2%. Анализ распределения молибдена в образце показал, что молибден диффундирует в толщу керамики на глубину до 20 мкм, Именно это и обеспечивает высокую механическую прочность сцепления молибденового покрытия с керамическим образцом.

Качества полученного молибденового покрытия исследовалось после химического нанесения на его поверхность слоя никеля толщиной 10-12 мкм (для улучшения растекания припоя) и пайки по следующей методике. На поверхность металлизированной керамики помещали проволоку из сплава ПСр 25ф (припой). На нее клали электрод из железоникелевого сплава, который подгружали усилием 0,2-0,5 кг/см2 поверхности спая. Затем выдерживали в печи при 820°С в течение 2 мин при небольшом избыточном

по отношению к атмосферному давлению водорода.

Механическая прочность спаев определялась на разрывных машинах МР-05 и

РМ-500, вакуумная плотность - на высоковакуумной установке (10 мкПа). Проверялась вакуумная плотность как исходных спаев, так и после 50 термоциклов 20-600- 20°С.

0 Разрушение металлокерамических спаев, полученных предлагаемым способом, происходило по корундовой керамике, что указывает на высокую прочность соединения молибдена с керамикой.

5 Пример.

В реактор помещают керамический образец, вакуумируют до давления 0,1 Па и при непрерывной откачке подают пары гек- сакарбонила молибдена до давления

0 1 -50 Па. Излучением СОа-лазера интенсивностью 102-103 Вт/см2 воздействуют на поверхность корундового образца в течение 1-100 ;. После этого прекращают подачу карбонила, выключают вакуумный насос,

5 подают в реактор воздух и вынимают образец. Толщина молибденового покрытия составляет 3-10 мкм, Механическая прочность спаев на изгиб (после никелирования молибденового покрытия и пайки се0 ребряным припоем электрода) составляла

420-450 МПа в 100% случаев (см. таблицу).

Количество вакуумно-плотных спаев до термоциклирования составляет 100%, после 50

термоциклов 20-600 20°С - 80-100%. Меха5 ническая прочность после термоциклирова- ния снижается на 5-7%.

Предлагаемый способ получения молибденового покрытия на керамике по сравнению с известными позволяет получать

0 вакуумно-плотные спаи металла с корундовой керамикой, обладающие в полтора раза большей механической прочностью и повышенной термостойкостью (сохранение вакуумной плотности и прочности после 50

5 термоциклов вместо 30). Кроме того, предлагаемый способ позволит сократить энергозатраты на получение молибденового покрытия в пять раз и увеличить выход готовой продукции в два раза. Повышение меха0 нической прочности и термической стойкости вакуумно-плотных металлокерамических спаев увеличит надежность и долговечность работы электровакуумных приборов электронной, электротехнической

5 и другой техники.

Формула изобретения 1. Способ получения молибденового покрытия на керамике путем нагрева, керамики в парах гексакарбонила молибдена при давлении ниже атмосферного, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения механической прочности, вакуумной плотности и термостойкости покрытия, нагрев осуществляют облучением поверхности ке102-103 Вт/см2 и длительностью воздействия 1-100 с.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что процесс ведут при давлении 1

Использование: изготовление металлокерамических узлов в электротехнической, электронной и вакуумной технике. Сущность изобретения: молибденовое покрытие осаждают на керамику путем термического разложения паров гексакар- бонила молибдена при давлении 1-50 Па. На керамику воздействуют излучением С02- лазера с интенсивностью 102-103 Вт/см2 и длительностью воздействия 1-100 с. Характеристика покрытия: детали из керамики ВК-94-1, металлизированные молибденом толщиной 3-10 мкм, спаянные припоем ПСР 25Ф с деталями из железоникелевого сплава, имеют прочность спая 420-450 МПа, выдерживают 50 термоциклов (20-600- 20°С) без потери вакуум-плотности. 1 табл. сл с

рамики С02-лазером с интенсивностью 5 50 Па.