Способ соединения пористых керамических материалов

 

:СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ПОРИСдаХ, КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ путем метал лизации соединяемых поверхностей, приведения их в контакт с пйследуюЫей термодиффузионной сваркой, о т л и-ч а ю щ и и с я тем, что, с .. целью повышения механической прочности при тзоединении материалов с разной адгезией к металлу, перед Металлизацией поверхность материала с низкой адгезией нагревают ПК-излучением до 320-400°С, затемосуществляют ее металлизацию ра.зложением паров бисареновых соединений элемента, выбранного из группы, содержащей медь, никель, тантал, хром, при одновременном воздействии. УФ-йзлучения с длиной волны 220 510 нм и интенсивностью 150-8,6-10 лк, нагревают в вакууМе до полной десорбции .остаточных продуктов пиролиза и после приведения в контакт § с материалом с высокой адгезией к металлу со стороны последнего в W направлении, перпендикулярном плоскости соединения, нагнетают поток . с паров тех же соединений под избыточным давлением 0,2-2 атм, П1 опуская ток через слой металлизации до разогрева соединяемых поверхностей пи- . ролиза. . о:

(19l (И) СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

З(50 С 04 В .37 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ

Н ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3278580/29-33 (22) 17-.04.81 . (46) 07. 02. 84. Бюл. Р 5 (72) В.Ф. Корво, В.Н. Черняев, - З.Г. Качарава, Е.Г. Дорофеева и Р,В. Салия (71) Московский авиационный техно-. логический институт им. К.Э. Циолкбвского (53) 666.798.2(088.8) (56) 1. Юрков Л.Ф., Леко В.К.

Переходные стекла и спаи.в электровакуумной промьпаленности. М., "Энергия", 1979, с. 59-77.

2. Морохов И.Д. и Чижик С.П.

Дисперсионные методы соединения материалов. Обзор по. электронной технике, вып. 3, 1977, с. 123-138 (прототип). (54)(57 ) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ПОРИСТ1 1Х :

КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ путем метал лизации соединяемых поверхностей, приведения их в контакт с последующей термодиффузионной сваркой, о т л и .ч а ю шийся тем, что, с целью повышения механической прочности при соединении материалов с разной адгезией к металлу, перед металлизацией поверхность материала с низкой адгезией нагревают

ИК-излучением до 320-400 С, затем. осуществляют ее металлизацию разложением паров бисареновых соединений элемента, выбранного из группы, содержащей медь, никель, тантал, хром, при одновременном воздействии.

УФ-излучения с длиной волны 220 в

510 нм и интенсивностью 150-8,6 10 лк, нагревают в вакууме до полной десорбции .остаточных продуктов пиролиза и после приведения в контакт с материалом с высокой адгеэией к . I металлу со стороны последнего в направлении, перпендикулярном плоскости соединения, нагнетают поток паров тех же соединений под избыточ- С ным давлением 0,2-2 атм, пропуская ток через слой металлизации до разо- Я грева соединяемых поверхностей пиролиза.

1071611

Изобретение относится к технологии соединения пористых керамических иэделий, выполненных из различных материалов и обладающих различными адгеэионными свойствами, и может быть использовано при изготовле- 5 нии блоков, узлов, корпусов для различных изделий электронной техники.

Известен способ соединения разнородных металлических и керамических изделий через промежуточный слой свариваемого металла 513 .

Недостатком такого способа является невозможность сварки пористых керамических изделий из-за низкой механической прочности сварного шва. 15

Известен другой способ соединения .пористых керамических и металлических изделий на ультрадисперсной основе.

Наиболее близким к предлагаемому является способ соединения пористых. керамических разнородных материалов путем термодиффузионной сварки металчизированных поверхностей под давлением 21.

Недостатком этого способа является низкая механическая прочность получаемых. соединений из-за наличия неплотного контакта дисперсного порошка металла с пористой керамикой и больших внутренних напряже- 30 ний в соединительном шве (0,1

5 кг/cM ).

Цель изобре=ения --повышение механической прочности при соединении материалов с разной адгеэией к ме- таллу.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу соединения пористых керамических материалов путем металлизации соединяемых повеРх- 40 ностей, приведения их в контакт с. последующей термодиффузионной сваркой перед металлизацией поверхность материала с низкой адгеэией нагревают ИК-излУчением до 320-400 С,эатем45 осуществляют ее металлизацию разложением паров бисареновых соединений элемента, выбранного из группы, содержащей медь, никель, тантал, хром,, при одновременном воздействии УФ-излучения с длиной волны 220-510 нм и интенсивностью 150 — 8,б.10 лк, нагревают в- вакууме до полной десорбции остаточных продуктов пиро- . лиэа и после приведения в контакт с материалом с высокой адгезией к металлу со стороны последнего в направлении, перпендикулярном плоскости соединения, нагнетают поток паров тех же соединений под избыточным давлением 0,2-2 атм, пропус- бО кая ток через слой металлизации до разогрева соединяемых поверхностей пиролиза, Способ осуществляют следующим образом. 65

Заготовки из разнородных пориотых керамических материалов загружают в откачиваемый реактор и отжигают до полной десорбции паров загрязнений со стенок пор. Затем металлизируют поверхность заготовок с низкой адгеэией. Для этого ее облу-. чают мощным ИК -излучением, нагревая до температуры начала пиролиза паров разлагаемых соединений, после чего облучают потоком широкополосного

УФ-излучения низкой интенсивности и напускают пары реагента. В качестве реагента используют бисареновые соединения тантала, меди, хрома или никеля, обладающие высокой упругостью паров, низкой температурой возгонки и хорошей летучестью. B зависимости от типа соединения собственная частота резонансного распада его молекулы на металл и углеводо} родный остаток может изменяться, но для бисареновых соединений лежит в диапазоне длин волн 220-510 нм. С помощью ИК-облучения осуществляется пиролитическая стадия распада соединений, а при УФ-облучении происходит активация поверхности изделия и его адгеэия к материалу растущей пленки металла резко возрастает. В целом, УФ-активация позволяет проводить металлизацию поверхности плохо адгеэирующего материала при температуре. пиролиэа "хорошо адгезирующего материала и действует как эффективный катализатор. Беэ

УФ-активации адгезия соединительного слоя в паре материалов с различной адгезией связующего металла весьма низкая, а механическая прочность соединения недостаточна для надеж-. ного соединения деталей.

После металлиэации проводят дегазацию остаточных продуктов разложения до их полной десорбции со, стенок пор. Для этого иэделия прогревают в вакууме при температуре пиролиза, а затем на металлизированную поверхность изделия с низкой адгезией устанавливают соединяемое изделие с высокой адгезией и под избыточным давлением 0,2-.2 атм нагнетают сквозной поток паров реагента.

Пропускают электрический ток через слой металлизации, добиваясь полного разогрева соединяемых поверхностей до температуры пиролиза, и осаждают металл на стенки пор соединяемых изделий до полного или частичного смыкания пор.

Выбор перечисленных значений тех-, нологических параметров режима получения соединительного шва обусловлен следующими соображениями. В качестве заготовок используются пористые керамические изделия, адгезионная способность или коэффициент адгеэии которых различается более чем

1071611

10 в 2 раза. При меньших значениях этой разницы УФ-активация, проводимая при одной и той же температуре пиролиза, становится избыточной и для достижения цели необходимо снижать температуру нанесения металла на 5 материал с высокой адгеэией, чтобы уравнять скорости роста при металлизации шва, а это технически не осуществимо при контактировании двух материалов.

Пиролиэ бисареновых соединений проводят при 320-400 С. При меньших температурах разложения-соединения не происходит и металлизация не осуществляется, при больших температу- )5 рах металл в порах загрязняется избыточным углеродом и металл соединительного шва, карбидизируясь, становится хрупким и ломким.

Активация металла изделия с низкой адгезией осуществляется УФ-излу20 чением с длиной волны 220-510 нм и интенсивностью 0,15-8,6 клк. Вне ука эанных пределов длин волн не..проис- ° ходит накачка энергией оптических квантов молекул реагента и резонанс ный распад соединения отсутствует, металл не осаждается в порах керамики. При интенсивности ниже 0,15 клк разложения не происходит из-за потерь света при рассеянии в паровой фазе. Наоборот, при черезмерно высокой интенсивности выае 8,6 клк начинается карбидиэация осаждаемого металла.

Избыточное давление над соединительным швом обеспечивает эффективное проникновение металла в область шва. При реэистивном нагреве области .соединения осаждение в первую ачередь происходит на металлизирован- 40 ном изделии при температуре пиролиэа. Однако из-за его низкой адгезии значительная часть продуктов распада устремляется к второму соединяемому изделий, т.е. задерживается в нагретых до той же температуры парах изде45 лия с высокой адгезией. При избыточном перепаде давления ниже 0,2 атм этот процесс становится малоэффектив-, ным и прокачка паров недостаточна для.их проникновения в глубь соединяемого изделия. Наоборот, при избыточном перепаде давления выше 2 атм происходит интенсивный вынос продуктов распада из зоны осаждения и соединительный шов перестает формироваться. Соблюдение изотермичности поверхностей соединяемых деталей необходимо для получения ненапряженных соединительных швов, а равенство температуры нагрева температуре пиролиза обеспечивает наиболее полный распад паров реагента в порах иэделий.

Способ обеспечивает получение соединительного шва с использованием толькб одной металлизации и хорошо согласованным температурным коэффициентом линейного расширения при высокой механической прочности на разрыв и .изгиб..Ниже даны примеры практической реализации предложенного способа соединения разнородных пористых керамических изделий.

Технологические параметры процесса соединения керамических изделий представлены в таблице. (Н вЂ” размеры пор в заготовках;.а — пористость, T — температура нагрева или пиролиэау

- — длина волны активирующего УФ-излучения; L — интенсивность УФ-излучения; T — температура нагрева реагента; vg — скорость осаждения металла на стенках пор изделия с низкой адгезией; и — толщина металлизации на стенках пор изделия с низкой адгезией; t - время отжига в вакууме;

P, — величина рабочего вакуума.при отжиге; Р— избыточное давление;

У вЂ” скорость осаждения соединительного металла; †. й, — толщина соединительной металлизации; К вЂ” предел механической прочности на разрыв).

R о

g""Ô н о!

Ц о

9 ! о 3 оо х 0(ICl Х!

Ф 43

@Ф

65 Я

1 н! но !!! Я А

Ю х А хх

IC! Х. вн ох х х

f4 и ь

CO (Ъ, tIl (Ч

«Э (!Ъ

I

1 !.

I!!Ъ

РЪ

М

tll

° (!(%

СЧ

IO о (Ч

РЪ

° »

% Ф

00( (»

Ю IA . D

СЧ

CD

Ю

CV! !

Ю

I

1 ч-1 г

Ф (Ю -!

r 0O ((( (Ю

%! (О

,о т!( с

0(Ъ

Ю (Ч

РЪ

М ь

ГЧ (О

° \

%-4 (()

Ю (Ч C! ь Ф . ((Ъ

М

Ю (Ч

Ih

CO

Ю

О

CO е

% 1

МЪ

Ю

0О

Ю

Ю (. 0

Ю

%-4

tIl

О (!( ((Ъ о

С(Ъ

Ю !

Ю

% ! (Ъ

1 ь

СО

<Ч

Ю

Ю ((Ъ

1 ь

<Ч

I

I

1

Ю ! « ((Ъ ь

° Ф(РЪ

CD

СЧ ((Ъ о

Ю

° 3

-о

Qа.Ю

0(Ъ

Ю

С9

Ю

©

%-4

I ь

Ю

)фЪ

И Л

I. бхо вой !!;е и!

I Э

I ox

1И х .о х щ

1 61Х!

I Э Х 1 ! ох ! ох

1 6 1

4 Х I

I Х 1 (((„-1 о и I

I Х 1

I .Е

I вх.

I á3 I (I х

1 „Х I с У

I 41 (!1. !

I л (((! Фм

I 1 I .L I

I - Х 1

1 >Е 1 — т — е5

I х. ! «х 1

I <3 .1

I >

2 I (I I о

l !

»

1 (- 1 Х

СЧ tll

М %

%-4 %-! о ф(Ъ

tIl y

1 о ю

РЪ

<Ч !Ч о о т-4

1071611

IC! СЧ 3 Ch

° \ ( ю о сЧ

1 о

1071611

Предложенный способ обеспечивает получение более высокой прочности соединения разнородной пористой керамики.

Заказ 36/19 Тираж 606 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. Проектиая, 4

Составитель Н. Соболева

Редактор М. дылын ТехредМ.Гергель Корректор g.. Шекмар