Способ пайки металлов с керамикой Советский патент 1979 года по МПК B23K1/20 

(54) СПОСОБ ПАЙКИ МЕТАЛЛОВ С КЕРАМИКОЙ

Изобретение относится к области пайки, в частности, к способам пайки металлов с керамикой с предварительной обработкой паяных поверхностей и может быть использовано в радиоэлектронной промышленности, точном приборостроении и криогенной технике.

Известен способ прямой пайки металлов с керамикой металлическим активным припоем, содержащим добавку титана 1. .Пайка производится в вакууме при температуре порядка

юоос.

Недостатком способа является большое различие коэффициентов термического расширения (КТР) припоя и керамики, что приво.цит к потере герметичности при термоциклировании.

Известен способ пайки металлов с керамикой, при котором на поверхность металла наносят промежуточный окисный слой и производят пайку стеклоприпоем 2. Промежуточный окисный слой наносится на металл непосредственно окислением.

Однако данный способ не применим для спаев ниобия с алюмооксидной керамикой, так как ниобий обладает

склонностью к интенсивному окислению, слабосцепленного с подложкой.

Целью данного изобретения является повышение вакуумной плотности паяного соединения ниобия с алюмо оксидной керамикой путем обеспечения прочного сцепления окисного слоя с ниобием.

Поставленная цель достигается на0несением на ниобий окисного слоя детонационной бомбардировкой поверхности ниобия частицами окиси алюминия в два этапа, используя на первом этапе частицы размером в 5-10 раз

5 больше, чем на втором.

На первом этапе происходит подготовка поверхности ниобия, а на втором прочное закрепление частиц окиси алюминия на поверхности, обеспечиваю0щее надежную пайку стеклоприпоем.

Способ реализуется следующим образом.

Предварительно поверхность ниобия бомбардируется при помощи детона5ционной установки частицами окиси алюминия с размерами 100-120 мкм. В процессе обработки создается поверхность с примерно одинаковыми по высоте микронеровностями по всей поH- p;4iuvri-n . lp

о о С т i н;; 11 i 1 о п G i- X11 о (J . и о lOC мкм 1 ;ооохоя;ч a С;и нами моп то:.:ть .1пилр :TC;F нпдостаточной для |:о,г:у;;;НИг; , :жчого покпьг 11Я ПОИ пос:-U;:j;yK)r.nc::-; аиесо-ии „ того, возможно

OllaFIHO РГЖРЫТПЯ, ГО с низкими ми .

релье-з с рапличичми по зыссте нсрсзностямн Это пиепггтстпует воэ,(-:кнозенпю плотного контакта - анос;и; :огс) в Г1ос-д;едую1ием с. поаерхностыо и не гюзполяот 1:о:-цос- :ыо заполнить час- тицамн :1окрытия ;к;;е микронаро;зност1- , что пригодит , iioj;y-:eKHK) невакуумно ruiOTHiJx t-опдияений,. При обра.боткя лоиорхностк .цотя-чк чпстицаки размзрО14

100-120 мкм :

1И г;рк к ал их соотношеняях детон11р;/1О1-п1х газов а ,п;атокацконной уотапопко че ouriaaycTOK иокрьлтик , т„е„ чаотнцы

ннелряюхся в ;iOBep c-восггЗ) ;лота.1и и поело улара отскакиобразовав равно -:ерный вают j с ноо микрорлльоф, Г1олго7ОЕка поБаг)хкоот:г1 частицаг-Птого ЖЕ; материала что и в после лу;у;и :: наносимого покрытия поэволяит проязвоутить подготоз;-:у поверхнооти « ;iaHOe:e; iQ покрытия на одной ycTaiiOHKij,, устран пет необкол1;-.:,.;ость очиочки от чаотиц. которые ;.;;о1Ут остават/тся на поверхности, Эгх частлцы не могут ломеыать образованию прочHoio ;oeдиIie кп ло рнпч-1Я с деталью, Подготогзка поверхности и нанесение покрытии на oj.i:Hofi уотанояке чоачолр;е сократить олиспение човерхностч,. подготозляекой к пайке детали,- г л . время меж,1:;у содготозкой Fi гачесеЕ-гизч покрытия очепа .:;ало

Затем ;а 1:юцготозленн}/та човерх-ность серчай последовательных выстрелов производ51Т нааэсение окиси алюминия толищной 20-40 мкм - астчцам.; о размером 20--40 мкм на режимах;. обзспечивающих максимальный нагрев нанесимого материала для соод, усло1Л--;й для фиэико-хкглических процессов, протекающих при обрад.зовании сое ди и э ни ч покрытия с поверхноотью детали аПрименяек-клй с:ч :особ подх отовки поверхности увеличивает вакуумную плотност покрытия за счет создания ОДИНЗ.КОБЬЖ по высоте микронеровностей,- которЫе при нанесении покрытия заполняются частицаьЦ-, Кроме того за счет высокоскороотного удара частиц хшкровыступы поверхности частично смещаются что приводит к упрочнению связи покрытия с поверхностью детали с воз НИКИ ованис5м закрьттого анкерного характера сцепления частиц покрытия и п о в е р X и о с т LI д е т а л и ,

15 резупьтате подготовки происхсдк повышение эпергетической активности приповерхностных слоев металла, что создает лучшие прелпосыпки для гшсч,ногс сцепления по;рьп:ия с поверглHocvbio ,лота/ч-1. При пг.;сл(шую1лл;м наноОПг:ИИ nOKpL:Tl-:4i , а СЧаТ Н :ССОКОЙ КИнетч чаской и теплочой энергии напос кого чат(.рг5алч- обра;.у птоя плот;: -; й контакт 4OKpi,rj и я с пол1отоалекной поверхностью л- еталла. При нанесении частиц Б мосте контакта покрытия с металлом БОЭгЧ-ч ает переходдный слой за счет внедрения частиц окиси а.чюминия и частичной .дееоормации микровьлступов покрытия. При этом наблюдается возн1-п но};ение связи как мехвнического характера (механическое смешиванчле материалов) ,, так. и могаллургичесхого харакоера (частичное спланлснча ч 5ч:м; Чйское вза15моде;-1стзие) , что с;бечче-гивает получение

Е аК уу МНО- nJ4X14 : ОГС) СЮеДИ аПИ я по-: О :1тия с мста/:ли-лескс 4 повер::-гостью , Указанные толщины TOKpivTi-;r, х ра ;;.т::р наносимых ч ас тип. являются очтима.,1Ь нами, Гак, прх а ;чсепии чоз рытия бсчсее мелхичп-: частчцаХИ , чем 10 мкмй процессе чаиессг-Гтя при выатреде аблк;дается з: чч;-;, к: овечие конгломерироЕакч;Ч; ::ас1чч1 J размерам до 3.00 Г.1КМ, что приводит к аозниккоБвнию больших ;ераБномерчостей г;о1-рыткя - его лчрек.ности, нару1: ение

вакуумной ЧЛОТНОСТ: покрытия, Пр,

4aiiec:o4;-;,4 Qojie.f: кр/пных гacтиц .чо 80 мкк roKpfcTV e так;- ; 4o.4yia;Tc;:

бо.пьг1.:-Ч гс:еч;ч--ч слои окчсх ::.Л)-Ч.шчч я

roJiiUJiHOK 20Ч: мкм облацают ;аи5о.лее Bti COKt4vLiS физико-техчичесхчмк. харахтарисгкдсами о Занесение более тонких слоев может прчЕОД11ТЬ х по.лучению об.пастей.с со:..:тавом, от личнум от алю.с;ЧРЯ( как а го .:олгцина )има с размерагчи мчкрсгнерО :Ччас:-.ей и мо:хет соотзет ствоиать состгчзу парехсцкого слоя, что затр Д -:яот протсхан; е ф;зикохимических процессов при последунзщей пайке по покрьйтию и ые позволяет получать вакуумно плотные слои При :нанесении покр: гия толщиной свьйпе 40 мтсм значительно уменьшаетс сила сцепления вер:г:них слоев покрытия с ни)кеследу;эщим.и и увеличивается шероховатость пэлучаемой поверх;-юст;ч,. что такжз нэ позволяет получать вакуумко Ш1от:{ые слои.

Предлагаемой способ подготончси поверхности детали из ниобия и его сплавов под пайку был реализован :ia штырьковых ниобиевых гермовыводах,, впаянНЕЛх в деталь из алюмоксидной керамики маргачецалюмосиликатнызу стеклом,

Пс..дготовка поверхности производилась на детонационной ус-тановке,, работающей в режима со ст-пдукглими

техническими параметрами. Состав газовой смеси (по объему): кислород 5lil%, ацетилен - остальное. Дистанция подготовки lOOtlO мм. Глубина загрузки дозы порошка 1000 мм. Вес дозы порошка 100±10 мг.

На равномерно подготовленную на детонационной установке поверхность гермовывода, предназначенную для для пайки, наносят слой окиси алюминия толщиной 20-40 мкм, частицами с размерами 10-20 мкм.

Металлические гермовыводы с нанесенным покрытием и предварительно очищенные керамические детали собирают под пайку в оснастке, обеспечивающей их фиксацию с введением в место спая припоечного стекла системы МпО - SiOj - толщиной 30 50 мкм. Собранные таким образом узлы помещают в вакуумную печь и паяют по следующему режиму: скорость нагрева до расплавления припоя (1230°С), выдержка 15 мин, скорость охлаждения 350°/час.

Подготовленные предлагаемым способом поверхности детсши из ниобия и его сплавов позволяют получить надежные вакуумно плотные спаи, например, с алюмооксидной керамикой с использованием стеклоприпоев, температура пайки которыми существенно ниже температурного порога собирателной кристаллизации ниобия.

Используя указанный способ подготовки поверхности под пайку, получают надежные вакуумно плотные спаи, выдерживающие многократные нагревы до 910® С и охлаждения до температур жидкого азота, что очень важно для криогенной техники.

Формула изобретения

0

Способ пайки металлов с керамикой, при котором на поверхность металла наносят промежуточный окисный слой и производят пайку стеклоприпоем, о тличающийся тем, что, с

5 целью повьаиения вакуумной плотности паяного соединения ниобия с алюмооксидной керамикой путем обеспечения прочного сцепления окисного слоя с ниобием, окисный слой наносят детонационной бомбардировкой поверхности

0 ниобия частицами окиси в два этапа, используя на первом этапе частицы, размером в 5-10 раз больше, чем на втором.

Источники информации,

5 принятые во внимание при экспертизе

0

2.Справочник по пайке. Под ред. С.Н. Лоцманова и др. М., Машиностроение, 1975, с. 297-298.