Способ получения несогласованных охватывающих спаев диэлектрика с металлами Советский патент 1981 года по МПК C04B37/02 

Изобретение относится к способам Вэготовления спаев диэлектриков с металлами и может быть использовано в элект ронной, приборостроительной, ядерной и космической технике. Для получения несогласованных охва- тываюших спаев диэлектриков с металлами известен способ непосредственной пайки диэлектрика с металлической арматурой, при этом диаметр соединения ограничен 2О-50 мм tilНаиболее стабильные и высокие термомеханические характеристики металлодиэлектрических спаов наблюдаются при пай ке с манжетами из титана. Это объясняет ся тем, что термическийкоэффициент линейного расширения (ТКЛР) титана весьма блиоок к большинству диэлектриков, а его высокие механические характеристики приводят к тому, что спай аиэлектрика с металлами находится в сжатом состоянии до 7ОО-75О С. Одняко лолучоиио подобных спаев связано с исполь.чопаииом мплог роизвс дитвль иого печного вакуумного оборудования ОЛИ специальных печей с защитной средой инертных газов. Кроме того, по техническим условиям эксплуатации титановая арматура далеко не всегда удовлетворяет требования, предъявляемые к манжетам, соединяемым с диэлектриком/ так как необходимо применение таких металлов и сплавов как медь, никель, нержавеющая сталь, которые имеют значительно больший, чем у диэлектрика ТКЛР. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения несогласованных охватывающих спаев диэлектрика с металлами путем сборки диэлектрической детали и металлической манжеты с бандажом с последующей пайкой 2. Для расширения циапавова использования охватывающих спаев диэлектриков с металлами, имеющими ТКЛР больший. чем у диэлектрика, применяют съемные и несъемные бандажи из метешлов с низким ТКЛР, например из молибдена, вольф38рама, при этом необходим весьма точный выбор соответствующего внутреннего диаметра бавдажа, так как в противном случае из-за малой или большой величины зазора между диэлектриком и металлом не удается получить качественньй паяный шов. Кроме того, недостатком способа является малая термическая стойкость металлодиэлектрических спаев, так как в случае съемных и несъемных бандажей гдзи последующих нагревах спай испытыва ет напряжения растяжения,приводящие к разруийению.диэлектрика, а в случае несъемных бандажей ввиде припаеааемых колец из молибдена резко повыщается ж кость манжеты, что приводит к разрушен спаев под действием как растягивающих, так и окружных напряжений. Недостатком несъемных бандажей является также их высокая стоимость и низкая термохимическая устойчивость в окислительной среде, приводящая к их полному разрушению в результате окисле ния в процессе эксплуатации при повыше ных температурах. Цель изобретения - повышение термо механической прочности спая в радикаль ном направлении и термохимическойстой кости металлодиэлектрического узла, а также удеи евление процесса. Поставленная цель достигается за сч того, что в способе получения несогласованных охватывающих спаев диэлектри ка с металлами путем сборки диэлектрической детали и металлической манжеты с, бандажом с последующей пайкой, бандаж изготавливают из титана или его СПЛЕ1ВОВ и перед сборкой его окисляют в воздушной среде при 600-800 С в течение 0,5-3 ч. Кроме того пайку осуществляют в среде азота и водорода, при содержании последнего 3-8О об. % Повышение термической и механической надежности, спаев, выполненных по предлагаемому способу, обеспечивается следующими факторами. Как известно, ТКЛР титана линейно возрастает с температурой и несколько больше, чем у большинства известных керамических (алюмооксидных, бериллиевых и др.) материалов, а также сапфира и ряда технических стекол. В то же время он существенно ниже, чем у конструкционных металлов, 1юпопьзуемых я несогласованных спаях с диэлектрика ми, таких как медь, никель, нержавеющая сталь и др. Использование титаново го бандажа при пайке металлической ма жеты с диэлектриком позволяет создать гарантированный капилярный зазор между манжетой и диэлектриком для заполнения, припоем и хорошего формирования паяного шва. После пайки титановый бандаж обеспечивает возникновение в спае сжимаюш {х радиальшох: напряжений, которые сохраняются при последующих циках нагрева и охлаждения, что исключа- , ет появление опасных для металлодиэлектрического соединения растягивающих напряжений и приводит к повышению термической н механической надежности соединения. Предварительное окисление титанового бандажа или его; оксидирование предотвращает взаимодействие титана с металлической манжетой, могло бы привести к образованию легкоплавких эвтектик, а также исключает возможное ь диффузйонное сцепление бандажа с манжетой, в результате чего практически полностью снимаются окружные напряжения, действующие в металлодиэлектрическом спае. Кроме того, окисная пледка замедляет диффузию водорода в титан при его нагреве и восстан9вительной среде и позволяет осуществлять пайку сборочных единиц в печах с защитной азотно-водородной газовой средой. Окисление титанового бандажа произбодят при 600-800° С соответственно в течение 3-О,5 ч. При снижении температуры окисления пайки 60О С образующаяся пленка недостаточна для надежной защиты титана, в результате чего бандаж не будет выполнять указанную вьш1е функцию. Окисление титана выще приводит к изменению свойств титанового бандажа. Предлагаемым способом возможно по лучить надежные спаи, например полупроводников с металлами, при использовании титанового бандажа. , П р и м е р. Для получения охватывающегб1спая ке замическоГо диска диаметром 120мм и толщиной 4 мм с медной манжетой 0,8 мм готовят бандаж из титанового сплава марки ВТ-5 в виде кольца толщиной 4мм и высотой, равной толщине диска. Перед сборкой в узел бандаж окисляют в воздушной среде при 7 ОС С в течение 60 мин. Пайку узлов осуществляют припоем ПСр-72В в среде азота с добавлением з-5О об. % водорода, Во всех случаях

получают надежные вакуумно-пдотные соединения .

Аналогичные узлы, спаянные в среде одного азота, имеют выход годных около 7О%, что объясняется окислением меди в процессе пайки и худшим формирование паяного шва иэ-эа плохой смачиваемос меди припоем.

При пайке в среде чистого вoдqpoдa после 1фебыванкя при повышенной температуре более 60 мин бандаж начинает разрушаться за счет поглощения водорода. Поэтому рекомендуемой газовой средой являесгся смесь азота с водородом при содержании от 3 до 50%.

Механическая прочность титана после пайки в азотно-водородной среде возрастает на 6-11% от исходной, что влияет на надежность спаев.

В соответствии с предлагаемым спосоьом получены надежные металло иэлектрические соединения с керамикой 22 ХС, со стеклом и сапфиром. Формула изобретения

1. Способ получения несогласованных охватываюших спаев диэлектрика с металлами пугем сборка дяэлектрнчвской дета гш и металлической, манжеты с бавдажом с последу ошей пайкой, отлЕчаюш и и с я тем, что, с полью повышешш т жюмехшвческоЙ прочности саая в радиальном направлевщн и те| мохвми 1ес.кой CTOteocTH мвтапло-ди9ле1стрйческ хх узла, бандаж «зготавливают из титана или его cnnaackB и перед сборкой его окисляют &воз1аушиой среде 1фи 6ОО8ОО°С в течение О,5-Зч,

2. Способпо ш1 отличаюшвйс я тем, что, с целью удешевления 1фо- цесса,пайку осуществляют в среде авота и содержании послодвего 3-8Ооб.%

Источники инфсфмации, принятые во внимание при экспертизе.

1., В. А. и др. Керамика и е спаи с металлом в технике. М.,. Атомиздат, 1969. с. 189-2О7.

2. БатыгиЕ В. Н. и др. Вакуумопп п :ная керамика и ее спаи с металлом. М., Энергия, 1973, с. 315-322.