Паста для металлизации керамики на основе нитридов

 

ПАСТА даЯ4в 1Ш ЗАЦИИ КЕРАШКИ НА ОСНОВЕ «fff traeB, включающая молибден и марг1 «| |содержа цую добавку , о т л и ч a 19 ц a я с я тем,что, с целью пов1 ш9ения .ь хдиичёской прочности спаев при пайУ::е высокотемпературными припоями, обеспечения их вакуумной плотности и термост ЙкЬсти, она содержит в качесТбе добавки стекло системы MhO - - SiOj состава, мас.%: МпОtd-5S Ae Oj10-35 SiOj25-55, при соотношении компонентов, мас.%: % (/) Молибден 80-90 Стекло 10-20 С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ и

PECflVSJlHH

„SU „„.1 098926

ЗЫ С 04 В 41 14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИИВОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ARTOPCNOIIIV СЭИДФТЕРЬСТВМ (21) 3412994/29-33 (22) 24.03.82 (46) 23.06.84. Бюл. № 23 (72) О.И.Андреева, Н.Д.Бобылева, Ю.В.Васильев и Л.В.Козловский (71) Ленинградский ордена Октябрьской

Революции и ордена Трудового Красного

Знамени технологический институт им.Ленсовета (53) 666.3.06(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР: № 653237 кл С 04 В 41/14 1977е

2. Патент Японии N 55-113682, кл. С 30 С, опублик. 1980

3. Авторское свидетельство СССР № 765243, кл. С 04 В 41/14, 1979 (54) (57) ПАСТА ДНЯ :-.ИИДЗЛЛИЗАЦИИ KEPA-..

NHKH НА ОСНОВЕ МИКУИДОВ, включающая молибден и маргаи ц содершащую добавку, о т л и ч а .ю щ а я с .я тем,что, с целью повышения механической прочности епаев при найке высокотемпературными припоями, обеспечения их вакуумной плотности и термостойкости, она содержит в качестве добавки. стекло системы HnO — АВ,Π— 5 0 состава, мас.Ж:

34пО 10-55

Af О 10-35

5) О 25-55, при соотношении компонентов, мас.Х:

Иолибден

Стекло

r 1

1098926

Изобретение относится к получению металлизированной керамики и может быть использовано для изготовления металлокерамических узлов (МКУ) в электронной, электротехнической и

5 приборостроительной промышленности.

Основные требования, предъявляемые к МКУ: высокая механическая прочность, вакуумная плотность, термостойкость, способность работатЬ при высоких температурах, определяемая температурой плавления используемого припоя.

Известен состав пасты, используемой для металлиэации оксидной керамики, содержащий молибден и стекло системы МпО-А В 02 -» 02 с добавками

2 3

Однако этот состав пасты не может быть использован для металлизации керамики на основе нитридов, так как при вжигании пасты происходит отслаивание металлизационного покрытия от поверхности керамики.

Известен состав пасты для металлизации керамики на основе нитридов, содержащий более 70 мас. одного или .более металлов из Чи, Ч)а, ЧИа групп периодической системы Д.И.Менделеева, менее 30 мас./ одного или более элементов из числа A5 S, М, 30

Си (суммарное содержание металлических компонентов должно быть более 60 мас. ) и стеклообразующий компонент, содержащий более 70 мас ° X

ЬО» и менее 30 мас. одного или бо- 35 лее оксидов металлов I, II Ш, IV и VIII групп периодической системы (суммарное содержание стеклообразующих компонентов должно быть менее

40 мас.X) (23. 40

Недостатком металлизационных покрытий, получаемых при использовании этой пасты, является их малая термостойкость, из-за большой концентрации

SiO в составе стеклообразующего 45 компонента и невозможность получения прочных спаев при пайке высокотемпературными припоями (медь и т.д.) ввиду содержания в составе покрытия элементов, образующих при температуре 50 пайки легкоплавкие эвтектики.

Наиболее близкой к предлагаемой является паста для металлизации керамики на основе нитридов, содержащая, мас.X: молибден 80-90, марганец 9-17, 55 хром 1-4 $3).

Недостатком известной пасты является невысокая механическая прочность спаев, получаемых при использовании медного припоя (механическая прочность на сдвиг 30 МПа), и отсутствие вакуумной плотности спаев.

Целью изобретения является повышение механической прочности спаев при пайке высокотемпературными припоями, обеспечение их вакуумной плотности и термостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что паста для металлизации керамики на основе нитридов, включакщая молибден и марганецсодержащую добавку, содержит в качесгве добавки стекло системы Мй0-А 02- Si02 состава, мас.Ж: МпО 10-55, А»20 10"35, Si0, 25-55 при следующем соотношении компонентов, мас.Х!

Молибден 80-90

Стекло 10-20

Повышение механической. прочности с спаев керамики с металлом при пайке высокотемпературными припоями обусловлено, с одной сторонй, высокой химической активностью стекол системы МпО-Аф 0 - Si0 по отношению к нит2 3 2 ридам, что способствует образованию переходной зоны между керамикой на основе нитрндов и металлизациоиным покрытием и прочному закреплению покрытия на поверхности керамики, а с цругой стороны — высокой кристаллизационной способностью продуктов взаимодействия стекол и нитридов и высокой температурой плавления продуктов кристаллизации, что препятствует проникновению высокотемпературных припоев вглубь металлизационного слоя при пайке керамики с металлом.

Повышение механической прочности .слаев приводит к повышению их термостойкости. Хорошая смачиваемость частиц молибдена стеклом системы MnOAg О -Si0 способствует образованию

2 3 2 вакуумноплотного металлнзационного покрытия на поверхности керамики.

Минимальное содержание МпО в составе стекла 10 мас.Х, так как при меньшем содержании МпО происходит уменьшение прочности спая при пайке высокотемпературными припоями и уменьшение его термостойкости. Максимальное содержание МпО в составе стекла—

55 мас.X - определяется областью стеклообразования в системе МпО-A/O,—

S 0

0

Минимальное (10 мас. ) и максимальное (35 мас.X) содержание AP,Î в сос1098

3 таве стекла определяются областью стеклообразования в системе МпОАК Оз %02 .

Минимальное содержание Si О в сосг таве стекла — 25 мас.Х вЂ” определяется областью стеклообразования в системе

ИпО-А ь Π— 5 О,, максимальное содержание Si 0,-55 мас,Х, так как при большем содержании s О, происходит уменьшение механической и термической 1р прочности спаев.

Технология получения металлизаци° онного покрытия на поверхности керамики на основе нитрида следующая.

Стекло системы М О-А5 Π— ЯО ва2 3 2 рят в атмосфере нейтрального газа или водорода при 1500-1800 С в течение 1 ч. После варки стекло измельчают до. прохождения через сито Р 063, а затем подвергают помолу в вибрацион-д ной мельнице в течение 6 ч. Порошок молибдена измельчают в внбрационной мельнице в среде этаиола в течение

60 ч. После весовой дозировки компонентов пасты производят их смешивание 25 в вибрационной мельнице в течение 2ч.

Металлизационную пасту готовят из . 100 r смеси молибдена со стеклом и

30 г раствора нитроклетчатки в амилацетате путем смешивания компонентов в агатовом барабане на валковой мельнице в течение 4 ч.

Пасту наносят на деталь из керамики на основе нитрнда кремния или алюминия при помощи кисточки, толщина слоя пасты составляет 50-60 мкм. По35 крытие вжигают в атмосфере азота, водорода, формир-газа при 1200-1450 С

Режим вжигания покрытия

Керамический

Состав металлизационной асты, мас.Х

Пример матери ал

После 30 До тертермоцик- моциклов 20- лирова600-20 С ния

После

30 термоциклов

2060020 С

До термоциклирования

100 100

ACN 1300 С-1ч 150+10 70Ф10

2 Мо 80, стекло 20 (МпС 30, АР О 35, % О 35) АОЧ

1350 С-1ч 130+!О

1 Мо 90, стекло 10 (HnO 40, А 4 Оз 30, »О 30) 926 4 в течение 1 ч. Нагрев и охлаждение образцов в печи производят со скоростью 20 С/мин.

После операции вжигания металлизационного покрытия осуществляют пайку металла с керамикой медным припоем.

Пример 1. Готовят пасту, содержащую, мас.X: Мо 90, стекло 10 (МнО 40; A f20, 30; 51 02 30), наносят ее на нитрид алюминия и вжигают по укаэанной технологии при 1300 С. Механическая прочность спаев на сдвиг при пайке медью 150+10 ИПа. Спаи ва куумноплотные. Количество вакуумно:плотных спаев после 30 термоциклов 20600-20 С составляет 10ОХ, механическая прочность спаев на сдвиг после

30 термоциклов 70+10 MIa.

Hp и м е р 2. Готовят пасту, содержащую, мас.Х: Мо 80, стекло 20, (ИюО 30, АК,О, 35, 5 О, 35), наносят ее на нитрид алюминия 1 и вжигают по укаэанной технологии при 1350 С. Механическая прочность спаев на сдвиг при пайке медью составляет 130+15 ИПа.

Спаи вакуумноплотные. Количество вакуумноплотных спаев после 30 термоциклов 20-600-20 С составляет 100Х, механическая прочность спаев на сдвиг после 30 термоциклов 80+10 ИПа.

В таблице приведены свойства спа" ев, полученных с использованием предлагаемой пасты, нанесенной на нитриды кремния или алюминия, в зависимости от соотношения молибден-стекло, соотношения компонентов стекла, режимов вжигания.

Механическая проч- Процент ваность спая на сдвиг куумноплот(МПа) ных спаев

80+10 100 100

1098926 продолжение таблицы

3 Ио 90, стекло 10 (NnO 50, АВ 0 10, %0 40) А fN

1250 С-1ч 150+15 80 15

100 100

A)H: 1200 С-1ч 130+10 90+10 100

100

А РЙ 1350 С-1ч 150+10 80+15 100

100

А 64 1300 С-1ч 120+10 80+15 100

100

ACR 1250 С-1ч 140+10 80+10 100 100

Мо 80, стекло 20 (MnO 10, АВ 0 20, 5i 0 70) А3М

100 60

1450 С-1ч 90+10

60+10

Мо 90, стекло 10 (MnO 10, АФ,О, 30, 5 0 60) АЬ

1450 С-1ч 90+10

65+ 15

100 50

АФМ 1300 С-1ч 30+10

11 Мо 75 ° стекло 25 (ИО40, АУО 30, ВО, 30) АЮМ

12 Мо 90, стекло,10 (NnO 40, Af,0, ЗО, 6 1й 3iO 30) 1300 С-1ч 180+20 90+10 100 100

4 Мо 80, стекло 20 (NnO 55 А гOз 20

SlO 25) 5 Ио 90, стекло 10 (MnO 20, Af 0 30

SiO 50) 6 Мо 80, стекло 20 (NnO 30, AE,Oç 15

02 55) 7 Мо 90, стекло 10 (NnO 55, AF 0 20

В О, 25) 10 No 95, стекло 5 (NnO 40, А 0 30

Si10 30) 1300 С-1ч Отслаивание металлиэационного покрытия от поверхности керамики

1098926

Продолжение таблицы

Процент вакуумноплотных спаев

Керамический Состав металлизационной пасты, мас. 7

Режим вжи гания поПример еханическая прочность спал на сдвиг крытия (МПа) материBJI

До термоциклировання

До термоциклирования

После 30 термоциклов 20600-20. С

13 Мо 80, стекло 20

МьО 40, АВ О 30, S О 30) 5 3 4

1300 С-1ч 160й20 80210 100 - 100

14 Мо 90, стекло 10 (МвО 40, At,,О 30, %0 30) ВК Пир- 1300 С-1ч ролити ческий

6+3.15 Мо 80, Нп 17, С 3 (Известный) AtN 1200 С-2ч 30+10

I чать вакуумноплотные термостойкие спаи.

Повышение механической прочности спая позволяет повысить длительность

35 надежной работы металлокерамических узлов в условиях высоких механических нагрузок и высоких температур.

Составитель Н.Соболева

Редактор Н.Егорова Техред И.Асталош Корректор О.Билак

Заказ 43 14/20 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.Проектная, 4

Как видно из примеров,. введение в состав пасты иа основе молибдена добавки стекла позволяет в 4-5 раз повысить механическую прочность спая керамики на основе нитрида с металлом при пайке высокотемпературным медным припоем и полуПосле

30 термоциклов

20600-.

20 С