Способ пайки керамики с металлом Советский патент 1981 года по МПК B23K1/12 B23K35/38 

(54) СПОСОБ ПАЙКИ КЕРАМИКИ С МЕТАЛЛОМ На первом этапе проведения процесса происходит полное выгорание связки и протекают окислительно-восстановительные реакции с образованием восстановленных металлов и окислов с низкой степенью окисления, частичное окисление некоторых добавок, а также активация поверхности порошков, входящих в металлизационный слой. В случае, когда первоначальный нагрев производится до температуры на 20-50°С ниже температуры солидуса припоя, целесообразно перед второй выдержкой в сухой среде провести нагрев до температуры на 5-10°С ниже температуры солидуса припоя. На втором этапе происходит окисление поверхности частиц тугоплавкого металла и их спекание, взаимодействие образованных окислов и стеклофазы керамики с образованием легкоплавких стекол. При этом вязкость новой стеклофазы уменьшается и начинается ее капиллярное течение в поры металлизационного покрытия. Этот процесс заполнения пор металлизационного покрытия обусловлен хорошей смачиваемостью частиц тугоплавкого металла, покрытых пленкой окиси и стеклофазой керамики. Оптимальное протекание этого процесса обусловлено выбранной влажностью среды и временем выдержки в увлажненной среде. На третьем этапе происходит восстановление пленки окиси на поверхности частиц тугоплавкого металла, что необходимо для улучшения растекаемости припоя за счет уменьшения краевого угла смачивания и повышения адгезии припоя к металлизационному слою. На четвертом этапе припой начинает плавиться. Жидкая фаза припоя, обогащенная легкоплавкими компонентами, проникает в межзерновое пространство металлизации, смачивая поверхность металла и вытесняя стеклофазу из поверхностного слоя керамики. Для создания постоянного состава жидкой фазы припоя, соответствующей исходному химическому составу припоя, подъем температуры на этом этапе следует производить с максимально возможной скоростью. При повышении температуры пайки на 20-60° выше температуры ликвидуса припоя происходит дальнейшее уменьшение краевого угла смачивания, более глубокое проникновение припоя в поверхностный слой керамики и прочное сцепление керамики с металлической деталью. Данным способом изготовляют анодные узлы мощного электровакуумного прибора. На цилиндрический изолятор из керамики 22ХС с наружным диаметром 250 мм наносят толщиной 40-60 мкм металлизационную пасту . состава 89% МоОз, 5%TiHt, 5 /oMnOi, 1% CuzO, представляющую смесь размолоть1х порошков в растворе нитроклетчатки в амилацетате. Затем помещают медногерманиевый припой толщиной 0,1 мм с температурой солидуса 938°С и ликвидуса 983°С и устанавливают медную деталь. Собранный узел помещают в оправку. Пайку производят в колпаковой печи в среде водорода. Режимы пайки в результате испытаний спаянных узлов приведены в таблице.

1933 -30 -5 15 -ЗО 15 993

2911 -35 -н5 22 -35 38 1030

3888 -4О +15 30 -40 60 1053

2О 0,5 21,5 5О 35 3 22,7 50 50 5 22,0 50

Для сравнения спаяны аналогичные узлы по режиму способа-прототипа, т. е. с постоянной влажностью среды с точкой росы от -10 до +5°С. Полученные результаты (прочность 12-15 кгс/мм, количество термоциклов 28-30) свидетельствуют о преимуществе способа пайки с изменением влажности среды.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает интенсивное взаимодействие металлизационного покрытия с керамикой и припоем в процессе пайки, что способствует образованию металлокерамического соединения с повышенной термомеханнческой прочностью и вакуумной плотностью.

Предлагаемый способ позволяет получать надежные соединения крупных керамических изоляторов с медными деталями для сверхмощных генераторных приборов.

Формула изобретения

Способ пайки керамики с металлом, при котором на керамику наносят металлизационную пасту, размещают между керамикой и металлом припой и производят нагрев в восстановительной среде до температуры пайки с промежуточной выдержкой при температуре вжигания пасты, но ниже темпераJ туры плавления припоя, отличающийся тем, что, с целью увеличения прочности и термоциклической стойкости соединений керамики с медью, нагрев ведут в сухой среде с то.чкой росы ниже -30°С, в начальный период выдержки при температуре вжигания пасты влажность среды увеличивают до точки росы от -5 до 4-15°С, а окончание вжигания, нагрев и пайку производят в сухой среде.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

J приборов. М., «Энергия, 1967, с. 216-217.