Способ получения металлокерамического узла

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОГО УЗЛА путем изготовления металлической детали из металла с коэффициентом линейного термического расширения (КЛТР) меньшим , чем КЛТР керамики,и пропиткой детали металлом или сплавом с КЛТР большим, чем у керамики, сборки металлической детали с керамической и пайки, отличающийся тем что, с целью увеличения надежности узла за счет стабилизации КЛТР металлической детали и повышения ее теплопроводности, металлическую деталь изготавливают в виде пакета стержнеЯ, а процесс пропитки пррвог дят в обечайке, выполненной из того же материала, что и керамическая деталь. «2. Способ по п.1, отличающий с я тем, что; с целью увеличения теплового потока через металлoкepa шчecкoe соединение, пропитку осуществляют высокотеплопроводным материалом, из -группы: медь - серебро - медно-серебряные сплавы, а стержни при соединении с керамикой ориентируют в направлении теплового потока в процессе службы. 3.Способ ПОП.1, отлич ающ и и с я тем, что, с целью улучшения условий пропитки, используют стержни с диаметром , лежащим в пределах , обеспечивающих капиллярное (Л заполнение пропиточного металла в межстержневое пространство. 4.Способ ПОП.1, отличающий тем, что, с целью регулирования КЛТР металлической детали.и улучшения условий пропитки .пакет набирают из стержней разных диаметров, помещая стержни меньл1его диаметра в межстержневое прост ранство стержней большего диаметра. ОС со ю 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Ь В

РЕСПУБЛИН

3(Ю 0! "

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ . -/

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОЬРЕТЕНИЙ И ОтНРЬГВй (21 ) 3365293/29-33 (22) 11.12.81 ..(46) 23.05.83. Бюл. Р 19 (72) В.К.Ерошев, П.В.Сорокин н

В.Д.Павлова (53) 666.651:621.315(088.8) (56) 1.Ерошев В.K. Иеталлокерамические вакуумноплотные конструкции. И., "Энергия", 1970, с. 244, 2. Авторское свидетельство СССР

Р 309062, кл. С 22 С 27/00, 1968 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНПЯ ИЕТАЛЛОКЕРАИИЧЕСКОГО УЗЛА путем изготовления металлической детали из металла с коэффициентом линейного термического расширения (КЛТР) меньшим, чем КЛТР керамики,и пропнткой детали металлом или сплавом с КЛТР большим, чем у керамики, сборки металлической детали с керамической и пайки, отличающийся тем что, с целью увеличения надежности узла за счет стабилизации КЛТР металлической детали и повышения ее теплопроводности, металлическую деталь изготавливают в виде пакета стержней, а процесс пропитки прово-., SU„„1018928 А дят в обечайке, выполненной из того же материала, что и керамическая деталь.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения теплового потока через металлокерамическое соединение,.пропитку осуществляют высокотеплопроводным материалом из -группы: медь — серебро — медно-серебряные сплавы, а стержни при соединении с керамикой ориентируют в направлении теплового потока в процессе службы.

3. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью улучшения условий пропитки, используют стержни с диаметром, лежащим в пре- Е делах, обеспечивающих капиллярное заполнение пропиточного металла в межстержневое пространство.

4. Способ по п.1, о т л и ч а— ю шийся тем, что,. с целью регулирования КЛТР металлической детали .и улучшения условий пропитки . пакет набирают из стержней разных .

t диаметров, помещая стержни меньше- абаю го диаметра в межстержневое прост-. Еиииа ранство стержней большего диаметра.

1018928

Изобретение относится к получению неразъемных соединений диэлектриков с металлом, в частности к способам получения соединений керамики с металлом, и может быть использовано при изготовлении металлокерамических конструкций в электронной, радиоэлектронной и приборостроительной промышленностях.

В современном приборостроении для изготовления неразъемных соединений керамики с металлами применяют тонкиеметаллические мембраны (манжеты ), которые паяют или диффузионно сваривают с керамическими деталями. Примене-.. ние тонких манжет вызывается необхо- )5 димостью снижения термомеханических напряжений, возникающих в металлокерамическом соединении из-за разницы ко-. эффициентов линейного термического расширения (КЛТР ) большинства .метал ..р() лов и керамики.

Известны способы получения соединений керамики с металлом, при которых удается увеличить толщину манжеты в

1,5-2,5 раза без ухудшения термоме- д ханических свойств металлокерамического соединения за счет использования манжеты слойка (1).

Однако дальнейшее увеличение толщины манжеты приводит к снижению термо- З,) механических свойств соединения., Наиболее близким к предлагаемому является использование для спаев с керамикой молибдено-медных и молибдено-медно-никелевых сплавов. Этот способ позволяет получать соединения керамики с массивными металлическими деталями с высокими термомеханическими свойствами, что достигается хорошим согласованием КЛТР псевдосплавов с керамическими деталями Г2 ). 46

Согласно известному способу манжеты для спаев с керамикой изготавлива.ют механической обработкой из заготовок, полученных методом порошковой металлургии путем смешения порошков, 45 их прессования и высокотемпературного спекания, à в ряде случаев и последующей пропитки медью, при этом

KJITP полученных заготовок колеблется в зависимости от режимов прессования, спекания и пропитки, что требует 100%-ного контроля заготовок на КЛТР. Процесс осуществляется с использованием большого количества дорогостоящего оборудования при значительных трудозатратах. Кроме того, металлокерамические конструкции, полученные по известному способу, способны .передать через металлическую манжету небольшой тепловой поток, так как теплопроводность псевдосплава значительно меньше каждого из входящих в него компонентов из-за наличия большого количества межфазных границ.

Так, согласованный по КЛТР с керамиками 22ХС.сапфирйт, A-995 и др. сплав 65

ИД15НП имеет коэффициент теплопроводности 79 Вт/ (см град ), а медь и молибден соответственно 346 и

159 Вт/ (см-град ), что не позволяет с использованием известного способа получать теплонапряженные металлокерамические конструкции, которые в электронной и радиоэлектронной проьишленностях находят все большее применение.

Цель изобретения — увеличение надежности металлокерамического узла за счет стабилизации КЛТР металлической детали и повышения ее тепло проводности.

Поставленная цель достигается тем, что по способу получения металлокерамического узла путем изготовле-. ния металлической детали из металла с коэффициентом линейного термического, расширения (КЛТР ), меньшим, чем керамики, и пропитки детали металлом или сплавом с КЛТР, большим, чем у керамики„ сборки металлической детали с керамической и пайки, металлическую деталь выполняют в виде пакета стержней, а процесс пропитки проводят в обечайке, выполненной из того же материала, что и керамическая деталь.

При этом, с целью увеличения теп-.. лового потока через металлокерамичес-. кое соединение пропитку осуществляют высокотеплопроводным материалом, из группы: медь-серебро-медно-серебряные сплавы, а стержни при соединении с керамикой ориентируют в направлении теплового потока в процессе службы.

Кроме того, с целью улучшения ус-.. ловий пропитки, используют стержни с диаметром, лежащим в пределах, обеспе-. .чивающих капиллярное заполнение пропиточным материалом межстержневого пространства.

С целью регулирования КЛТР металлической детали пакет набирают из стерI жней разного диаметра, помещая стержни меньшего диаметра в межстержневое пространство стержней большего диаметра.

Таким образом, после пропитки па-. кета стержней- в обечайке из керамического материала получается деталь (заготовка )с анизотропными свойствами, при этом IGITP детали в направлении, перпендикулярном стержням, бу дет зависеть от КЛТР стержней,КЛТР пропиточного материала и КЛТР керамики, а теплопроводность в направлении вдоль стержней будет определяться теплопроводностью стержней и теплопроводностью пропиточного материала, так как в этом направлении отсутствуют межфазные границы между двумя металлическими компонентами.

Например, при пропитке молибденовых стержней медью в обечайке иэ керамики 22ХС КЛТР металлической арматуры (пакета стержней ) в нап1018928

Составитель Н.Соболева

Редактор Н.Егорова Техред E.xàðèòîí÷èê КорректорА. Ференц

Заказ 3626/18 Тираж 622 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,ул.Проектная,4 равлении, перпендикулярном стержням, практически полностью совпадает с

КЛТР керамики 22ХС, а коэффициент теплопроводности вдоль стержней равен 178 Вт/(см, град J, т.е. в 2,2 раза выше, чем у - сплава МД15НП, 5 предназначенного для аналогичных целей.

В связи с тем, что При любом диа.метре стержней при их плотной укладке межстержневое пространство в сечении, перпендикулярном стержням, имеет одну и "ту же площадь, равную

9,31%, коэффициент теплопроводности и КЛТР можно менять эа счет подбора пропиточного материала и его КЛТР. 15

Кроме тоРо, заполняя межстержневое пространство стержнями меньшего размера, можно варьировать КЛТР и усло вия пропитки, при этом диаметр стерж.— ней для каждого пропиточного материала 20 выбирается таким образом, чтобы размер межстержневого пространства.обес печивал его капиллярное заполнение пропиточным материалом.

Предлагаемым способом получают торцевые (наружный диаметр 50 мм ) и внутренние (диаметр 25 мм )металлокерамические соединения с использованием керамики 22ХС и массивной ме- таллической арматуры.

Во всех случаях на дно керамичес-.. кой обечайки с внутренним диаметром

55 и 30 вм соответственно помещают диск из меди толщиной 2 5 мм. Поверх медного диска в обечайку, параллельно ее образующей, устанавливают пакет молибденовых стержней. Диаметры стерж» ней 0,8) 1,2", 1,6у 2,0, 2,5;.3,2у

4,0 мм. Обечайку со стержнями помеща.— ют в водородную печь и нагревают до

1100ОС, после чего охлаждают и заготовку вынимают из керамической обечайки. Для всех заготовок, у -которых диаметр стержней не превышал 2,0 мм, межстержневое пространство после пропитки полностью заполнялось медью.

Для стержней диаметром 2,5 мм из

15-ти заготовок.в двух оказалось по одному незаполненному межстержневому пространству. Для стержней диаметром 3,2 и 4,0 мм из 10-ти заготовок соответственно 4 и 8 оказались с дефектом.

Из полученных заготовок вытачивают диски диаметром 50 юи, толщиной 20 мм, которые спаивают с керамическими кольцами из материала 22ХС торцевым некомпенсированным спаем. Толщина керами-. .ческого кольца — 3 мм, ширина зоны спая — 6,5 мм. После 30 термоциклов в режиме 20-600-20 С все узлы остались вакуумно-плотными. Аналогичные узлы с компактным молибденом, близким по теплопроводности к полученной по предлагаемому способу металлической арматуре, разрушались либо сразу после пайки, либо после первого термоцикла.

Кроме того, .с полученной по предлагаемому способу металлической арматурой были получены внутренние соединения керамики с металлом. Диаметр внутреннего спая 25 мм, ширина соединения 5 мм. Такие узлы выдержали 1520 термоциклов без нарушения ваку .умной плотности. Аналогичные образцы с молибденом разрушаются после пайки.