Способ металлизации неметаллических материалов

 

СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАЦИИ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ Т- АТЕРИАПОВ путем натирания их поверхности сплавом на основе алюминия или силумина, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью .повышения адгезии, в состав сплава для покрытия дополнительно вводят более 30% германия, a нанесение покрытия осуществляют расплавом при . 450-500 0..

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

PUP

РЕСПУБ ЛИК ае а»

Заю С 04 В 41/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /;

Н *B TOP OIOMV C INCCTWIOC TO V

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ЩНРЫТИЙ (21) 3427504/29-33 (22) 20.04.82 (46) 30.10.84. Бюл. Е 40 (72) Г.А. Яковлев, В.М. Сальников, Е.А. Леонов и Ю.Д. Чистяков (53) 666.798.2(088.8) (56) 1. Журавлев В.С. и др. Смачиваемость оксидных материалов HHs котемпературными припоями, содержащими присадки межфазноактивных элементов. - "Сварочное производство", 1972, Р 2, с. 6-8., 2. Блэклей Т., Уайт А. Материалы на основе Ag-А1 О . — В сб.: Жаропрочные и коррозионностойкие металлокерамические материалы, N., Оборонгиз, 1959, с. 343-351.

3. Малахов А.И. Жуков А.П. Основы металловедения и теории коррозии. М., "Высшая школа", 1978, с. 167.

4. Найдич Ю.В. и др. Пайка и металлизация..сверхтвердых инструментальных материалов. Киев, "Наукова думка", 1977, с. 65.

5. Лашко Н.Ф., Лашко-Авакян С.В.

Пайка металлов, М., Машгиз, 1959, с. 442.

6. Патент Франции У 2046314, кл. С 03 С 17/00, опублик. 1971 (прототип). (54) (57) СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАПИИ HEMETAJIЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ путем натирания их поверхности сплавом на основе алюминия или силумина, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью .по, вышения адгезии, в состав сплава для покрытия дополнительно вводят более ЗОЕ германия, а нанесение покрытия осуществляют расплавом при .450-500 С..

1121252 2

25

Существенным недостатком такого способа является необходимость применения дорогостоящего металла, т.е. серебра.

Известен способ металлизации материалов путем погружения в металлический расплав, например в расплав алюминия 3 "1.

Недостатком известного способа является очень высокая температура расплава.

Так, для металлизации алюмооксидной керамики температура расплава алюминия должна превышать 1000- 55

1100 С, что обусловлено высокой температурой (более 1000 С) смачивания расплавом алюминия алюмооксидной

Изобретение относится к области получения металлических покрытий на неметаллических материалах и может быть использовано в электронной промьппленности при изготовлении полупроводниковых приборов, интегральных схем, в частности для локальной металлизации деталей, изготовленных из керамики, феррита и других неметаллических материалов. 10

Известен способ металлизации керамики из стекла в вакууме, состоящий в нанесении слоя титанового порошка на поверхность керамики, размещения на этом слое навески из легкоплавкого металла или сплава, последующего нагрева до 550-600 С, выдержки при этой температуре и охлаждения до комнатной температу-. ры. В данном случае расплав лег- 20 коплавкого металла (Sn, In и др.) пропитывает слой титанового порошка и смачивает поверхность керамики из-за большого химического средства титана к кислороду Г13, Недостатками этого способа яв-. ляются большая трудоемкость и длительность процесса, необходимость наличия вакуумных печей, низкая производительность процесса, а так- 30 же неконтролируемое растекание легкоплавкого расплава.

Известен способ металлизации алюмооксидной керамики на воздухе путем нанесения на поверхность керамики слоя порошка окиси меди и последующего расплавления на ней навески серебра. Расплав серебра смачивает керамику из-за наличия в расплаве межфазноактивного ком- 40 понента — кислорода $23. керамики (4 и наличием плотной окисной пленки А1 05 на поверхности расплава алюминия.

Данный способ также неприемлем в тех случаях, когда необходимо нанести локальную металлизацию.

Известен также способ металлизации материалов, в том числе и неметаллических (стекла, керамики), путем натирания поверхности металлическим расплавом на воздухе. В этом случае применяются легкоплавкие сплавы систем Sn-In, РЪ-Хп, а натирание осуществляют с помощью вращающегося металлического диска или низкочастотного или ультразвукового вибратора, осуществляющего возаратно-поступательные перемещения инструмента (5 "1.

Недостатком указанного способа металлизации, который используется в основном для подготовки поверхности к лайке, является низкая адгезия металлического покрытия к поверхности неметаллического материала, например алюмооксидной керамики, что обусловлено слабым химическим средством легкоплавких металлов (РЬ, Sn, In) к кислороду.

Кроме того, покрытие из таких металлов или их сплавов обладает низкой коррозионной стойкостью.

Н аиболее близким к изобретению является способ металлизации неметаллических материалов, например стекла или керамики, путем натирания их поверхности стержнем из сплава, содержащего алюминий и до

12Х компонента из группы сурма, кремний, цинк (6 3.

Способ прост, удобен в употреблении, однако адгезия получаемого окрытия к поверхности подложки едостаточна.

Целью изобретения является повышение адгезии.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу металлизации неметаллических материалов путем натирания их поверхности сплавом на основе алюминия или силумина, в состав сплава для покрытия дополнительно вводят более ЗОХ германия, а нанесение покрытия осуществляют расплавом при 450-500 С.

Сущность изобретения состоит в том, что обнаружено свойство жидких автоматических сплавов алюми1121252

15

20 эвтектических сплавах с германием и кремйием. Кроме того, сами по себе германий и кремний также являются адгезионно-активными элементами по отношению к различным неметаллическимматериалам. Образованию проч-: ности сцепления покрытий из сплавов

А1-Ge, А1-Се-Si. с поверхностью неметаллического материала способству- 40 ет также и то, что в процессе натирания металлического расплава окисная пленка на поверхности расплава разрушается и удаляется из зоны контакта расплава с твердым неметаллическим материалом.

С другой стороны, высокая адгезия металлических покрытий может быть обусловлена и наличием в расплаве кислорода, который является высоко адгезионно-активным компонентом при смачивании окислов жидкими металлами.

Применение для металлизации различных по составу сплавов алюминия с германием (кремнием) вызвано не,обходимостью получать металлические

1покрытия с различными физическими свойствами. Так, использование спла50

55 ния с германием и кремнием хорошо

1 смачивать поверхность различных неметаллических материалов при натирании на воздухе или в среде защитных газов, например в атмосфере азота, Ри 450 С и выше. Примео нение защитных газов, в частности азота, который обдувает деталь из неметаллического материала, вызвано в ряде случаев наличием на детали из неметаллического материала других ранее нанесенных металлических покрытий, окисление которых не допускается.

Прочность сцепления покрытия, состоящего из сплавов алюминия с германием и кремнием, с поверхностью неметаллического материала очень высокая.

Обнаруженное свойство::орошей смачиваемости алюмооксидной керамики и других неметаллических материалов расплавами Al-Ge или

М-Се-Si и высокой адгезии металлию ческого покрытия к поверхности не- 25

;металлического материала после кристаллизации расплава, содержащего А1, Si, Се, по-видимому, обусловлено большим химическим средством алюми ния к кислороду и высокой термоди- 50 намической активностью алюминия в ва алюминий — германий — кремний по сравнению со сплавом алюминий — герма-ний позволяет повысить пластичность металлического покрытия, а также рабочую температуру покрытия на 50100 С.

Пример 1. Проводят металлизацию полированных подложек из поликора, феррита ФГ-140 сап*ира, карбида кремния путем натирания жидким сплавом алюминий-германий (Се 54 вес.7., А1 46 вес.7,) при о

450 С. Натирание осуществляют вручную на воздухе или под струей азота посредством круговых или возвратнопоступательных перемещений инструмента.

Время .металлизации путем натирания зависит от общей площади металлизации. Так, локальное нанесение металлизации на площадку размером

10 х 10 мм осуществляют в течение нескольких секунд.

После металлизации подложек. определяют прочность сцепления металлического покрытия с поверхностью неметаллической подложки пу-! тем среза. Прочность сцепления по. рытия из сплава А1-Ge с поверхнотью поликора или сапфира не менее

5,5 кгс/мм, а пля некоторых образцов превышает 8-10 кгс/мм . Прочность сцепления покрытия из сплава А1 — Ge с поверхностью полированного феррита больше 6-6,5 кгс/мм ° В то же время прочность. сцепления покрытия из сплавов Sn-In, Pb-Sn с поверхностью поликора в известном способе значительно ниже, а именно 0,56 кгс/мм, для меррита 0,61 кгс/мм .

° Пример 2. Аналогичным обра-. зом осуществляют металлизацию пластинок из поликора посредством тройного сплава А1-Ge-Si (Si 4 вес.Х, Ge 30 вес.Ж, А1 остальное). Натирание осуществляют при 520 С. Время натирания пластинки размером 10х10 мм не более 5-8 с. Прочность сцепления покрытия с поликоровой пластинкой также достаточно высокая (не менее

4 кгс/мм, а для отдельных образцов до 10 кгс/мм ).

В таблице приведены данные по адгезии покрытия к подложке в зависимости от состава используемых сплаво

Таким образом, использование предлагаемого способа металлизации

1121252 содержащим Ge, ооеспечивает по сравнению с известными повышение прочности сцепления покрытия с неметаллическим материалом. неметаллических материалов, преимущественно материалов, состоящих из окислов металлов, путем натирания поверхности. металлическим расплавом, Среднее арифметическое отклонение профиля поверхности подложки Ra, мкм

Состав покрытия, вес. Й

Способ

Известный 10 Si

90 А1

0,015

Не определя- 1-2,5 лась

Предложен-: ный

10-11

10- Si

90- А1

0,015

590-600

450-460

0,015

18,5-23

450-460

450-460

0,7-1,1

1,8

4,5

0,015

490-500

18-21, 5

Составитель Н. Соболева

Редактор А. Гулъко Техред И.Кузьма КоРРектоР В. Синицкая

Заказ 2882/17 Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

t13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

54- Ge

46- At

34 — Ge

62- А1

6- Si

Температура подложки, OC

Сопротивление срезу покрытия к. подложкеэ кгс/мм