Стеклоприпой для пайки изделий из керамики

 

Изобретение относится к пайке, в частности к стеклоприпоям для пайки керамических материалов, и может быть использовано при пайке деталей из алюмонитридной керамики. Цель изобретения - осуществление пайки изделий из алюмонитридной керамики. Стеклоприпой содержит, мас.%: 54-58 окиси цинка; 15-17 борного ангидрида; 16,5-23,5 двуокиси титана и 7.5- 8,5 двуокиси кремния. При использовании припоя в виде пасты в качестве связующего применяется лак АС-82, содержание которого по отношению к порошку припоя составляет 26-28 мас.%. Применение данного припоя дает возможность получать паяные детали из алюмонитридной керамики, имеющие высокое качество полных соединений . 1 з.п.ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (si)s В 23 К 35/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4798510/27 (22) 12.11,89 (46) 30.12,91. Бюл. N 48 (72) С,И.Ибрагимов, В,И.Ермилов, В,M.Нестеренко и M.З.Филимонов (53) 621,791.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 1524324, кл. В 23 К 35/24, 02.09.1987, (54) СТЕКЛОПРИПОЙ ДЛЯ ПАЙКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КЕРАМИКИ (57) Изобретение относится к пайке, в частности к стеклоприпоям для пайки керамических материалов, и может быть использовано при пайке деталей из алюмоИзобретение относится к пайке, в частности к стеклоприпоям для пайки керамических материалов, и может быть использовано при пайке деталей из алюмонитридной керамики, Предлагаемое изобретение может быть использовано в лазерной технике, приборостроении, авиации, машиностроении, космической технике.

Известен металлический припой для пайки деталей иэ нитридокремниевой керамики. Способ пайки состоит в размещении между соединяемыми поверхностями AIGe припоя. затем осуществляют сжатие, нагрев до 900-950 Ñ с временем выдержки т= 3035 мин. В данном случае осуществляют пайку керамики с наличием проводящего слоя— припоя, Однако, в том случае, когда нужно получить паяные керамические узлы с непроводящим промежуточным слоем, вышеуказанный металлический припой не годится.

<и1 ъЖ <и! 1 701459 /41 нитридной керамики. Цель изобретения— осуществление пайки изделий из алюмонитридной керамики. Стеклоприпой содержит, мас.%: 54 — 58 окиси цинка; 15 — 17 борного ангидрида; 16,5 — 23,5 двуокиси титана и 7,58,5 двуокиси кремния. При использовании припоя в виде пасты в качестве связующего применяется лак АС-82, содержание которого по отношению к порошку припоя составляет 26 — 28 мас.o . Применение данного припоя дает возможность получать паяные детали из алюмонитридной керамики, имеющие высокое качество полных соединений. 1 з,п.ф-лы.

Известен стеклоприпой для пайки нитридокремниевой керамики, состоящий из

ZnO, В20з и Si02, при следующем содержании компонентов, мас, :

ZnO 69 — 71

Вг0з 19,5 — 20,5

Si02 9,5 — 10,5

Пайку ведут при 700-720 С с временем выдержки т = 20-25 мин, - Припой обеспечивает получение прочных паяных узлов на основе керамических материалов с низким KTP (а = 22 — 30 х 10 С "). Для пайки алюмонитридной керамики (a = 45 х 10 С ) этот стеклоприпой не пригоден из-за большой разницы в значениях КТР, что приводит к снижению механической прочности.

Известен стеклоприпой для пайки нитридокремниевой керамики, состоящий из ZnO, ВгОз, Si02, Ti02, при следующем содержании компонентов, мас.%;

Zn0 60-62

В203 17 — 18

1701459

TiQz 12-14

S IOz 8 — 9

В припой может быть введено связующее, например лак АС-82 в количестве 24—

26 мас.%, Пайку ведут при 700-720 С с 5 временем выдержки т= 20 — 25 мин.

Припой обеспечивает получение прочных пэяных узлов на основе керамических материалов с низким КТР (й= 25-35 10 ), Однако пайка алюмонитридной керамики 10 этим стеклоприпоем позволяет получать паяные швы с невысокой механической прочностью и очень низкой стойкостью к термоударам, что связано с разницей значений KTP стеклоприпоя и KTP алюмонитрид- 15 ной керамики.

Целью изобретения является осуществление пайки изделий из алюмонитридной керамики, Поставленная цель достигается ээ счет 20 того, что стеклоприпой для пайки изделий из нитридокремниевой -керамики, содержащей ZnO, SIOz, BzOa, TIOz, содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%. 25

ZnO 54-58

В203 15-17

SiOz 7,5-8,5

TiOz 16,5-23,5

В прйпой может быть введено связую- 30 щее, например лак АС-82 в количестве 26—

28 мэс. /».

Стеклоприпой наносят на поверхность деталей, подлежащих пайке, обжимают собранный узел, нагревают до температуры 35

700-720 С, при времени выдержки т= 2530 мин, В связи с тем, что в припое находится

Т102 в количестве 16,5-23,5 повышена механическая прочность соединения, и тем са- 40 мым осуществлена возможность пайки изделий из алюмонитридной керамики, ° Согласно изобретению перед осуществлением пайки изделий из алюмонитридной керамики припой, содержащий ZnO, В20з, 45

SiOz, TiOz, берут при следующем соотношении компонентов, мас. :

ZnO 54-58

В20з 15-17

SiOz 7,5-8,5 50

ПО2 16,5 — 23,5

В припой может быть добавлено связующее, например лак АС-82 в количестве 26—

28 мас. к общей массе стеклопорошка, которое наносят на поверхность каждой иэ 55 деталей.

Если лака брать меньше 26 мас. согласно экспериментальным данным, то смесь лака со стеклопорошком быстро густеет и nol рывает торцы изделий очень толстым слозм. Если лака брать больше 28 мас,%, то смесь становится жидкой, в результате чего торцы изделий покрываются слишком онким слоем, недостаточным для формирования паяного шва.

ZnO способствует легкоплавкости стекла. Брать более 58 мас. / нежелательно, так как наблюдается грубая кристаллизация и возрастает KTP припоя, что отрицательно сказывается на механической прочности паяного шва. Брать менее 54 мас.о нежелательно, так как повысится температура пайки (согласно проведенным экспериментам).

В20з является стеклообразователем, Брать менее 15 мас. нежелательно, так как наблюдается грубая кристаллизация, что снижает механическую прочность.

Брать более 17 мас. /О нежелательно, так как с увеличейием возрастает KTP припоя, что приводит к снижению механической прочности.

SiOz вводят для расширения области стеклообразования. Брать более 8,5 мас, нежелательно, так как увеличится температура пайки. Брать менее 7,5 мас.о/, нежелательно, гак как наблюдается грубая кристаллизация, а это приводит к =нижению механиче(.кой прочности, Ti0z е водят для повышения механической прочности и повышенной стойкости к термоударам. Брать более 23,5 мас. нежелательно, так как резко возрастает время пайки, согласно проведенным экспериментам, что недопустимо, так как это приводит к росту кристаллов, а следовательно, к снижению механической прочности, Брать менее 16,5 мас. нежелательно, так как снижаетс эффект армирования и количество центров тонкодисперсной кристаллизации, что и зиводит к ухудшению стойкости к термоударам.

Готовые к пайке детали с нанесенным припоем укладывают в приспособление, осуществляют поджатие, устанавливают в печь, нагр вают до температуры 700-7 0 С.

Если нагреть ниже 700 С, то стеклоприпой не растекается, т.е. не получается общей структуры шва, в результате чего падает мекэническая прочность.

Если ь агреть выше 720 С то происходит укрупнение кристаллов в процессе охлаждения паяного соединения, что делает шов непрочным.

Паянье узлы выдерживают при заданной темпеоатуре в течение 25 — 30 мин.

Если е,ыдержать менее 25 мин, то стеклоприпой не успеет расплавиться по всему объему швэ, что сделает его непрочным.

1701459

Если выдержать более 30 мин, то это приведет к укрупнению кристаллов, что приведет к падению механической прочности шва.

Ниже приводит примеры осуществле- 5 ния пайки предлагаемым стеклоприпоем на граничные, заграничные и средние пределы, В укаэанных примерах рассмотрен припой, в который введено связующее. 10

Пример 1. Берут стеклоприпой, содержание компонентов которого, мас. :

ZnO 54

ВгОз 16

TiOz 23,5 15

SiOz 7,5, из алюмонитридной керамики смешивают с

26 мас.% лака, наносят на торцы изделий, подвергающихся пайке, нагревают до

700 С, выдерживают в течение 30 мин, ох- 20 лаждают вместе с печью. При испытании на механическую прочность вручную паяные узлы не разрушаются, при испытании в натурных условиях тлеющего разряда припой не выгорает, при испытании на термоудар 25 образцы выдерживают заданное количество циклов, o è3ã = 3,94 кг/мм . г

Пример 2. Берут стеклоприпой, содержание компонентов которого, мас.%:

ЕпОг 58 30

ВгОз 17

TiOz 16,5

Si0z 8,5, смешивают с 28 мас, лака. наносят на торцы изделий, подвергающихся пайке, на- 35 гревают до 720 С, выдерживают в течение

25 мин, охлаждают вместе с печью. При испытании на механическую прочность вручную паяные узлы не разрушаются, при испытании в натурных условиях тлеющего 40 разряда припой не выгорает, при испыта- нии на термоудар образцы выдерживают заданное количество циклов оиэг = 3,98 кгlмм .

Пример 3, Берут стеклоприпой, со- 45 держание компонентов которого, мас. :

ZnO 59

ВгОз 17,5

TI0z 15

S IOz 8.5. 50 смешивают с 28 мас, лака, наносят на торцы изделий, подвергающихся пайке, нагревают до 720 С, выдерживают в течение т = 25 мин, охлаждают вместе с печью. При испытании на механическую прочность 55 вручную паяные узлы не разрушаются, при испытании в натурных условиях тлеющего разряда припой не выгорает. при испытании на термоудар образцы не выдерживают заданное количество циклов ли =- 3.51 кгlмм .

Пример 4. Берут стеклоприпой, содержание компонентов которого, мас.,ь:

ZnO 53

ВгОз 14,5

TIOz 25

Si0z 7,5, смешивают с 26 мас.o лака, наносят на торцы изделий, подвергающихся пайке, нагревают до 700ОС, выдерживают в течение т =

30 мин, охлаждают вместе с печью. При испытании на механическую прочность вручную паяные узлы не разрушаются, при испытании в натурных условиях тлеющего разряда припой не выгорает, при испытании на термоудар образцы не выдерживают заданное количество циклов гт„, = 3,42 кгlмм .

Пример 5. Берут стеклоприпой, содержание компонентов которого, мас.%:

Zn0 56 203 16

TiOz 20

SiOz 8. смешивают с 27 мас. лака, наносят на торцы иэделий, подвергающихся пайке. нагревают до 710 С, выдерживают в течение т ==

27,5 мин, охлаждают вместе с печью. При испытании на механическую прочность вручную паяные узлы не разрушаются, при испытании в натурных условиях тлеющего разряда припой не выгорает, при испытании на термоудар образцы выдерживают заданное количество циклов. Были проведены механические испытания десятков образцов из алюмонитридной керамики. паяных стеклоприпоем, на лабораторном прессе марки КЭФ методом трехточечного изгиба.

Получено среднее значение а„, = 4,27 кг/мм . Ряд образцов, паяных стеклоприпог ем, испытывали на термостойкость. Нагретые до 300 С в муфельной печи типа CHOJl их погружали в холодную воду с температурой 18 С, Образцы выдержали без разрушения заданное количество термоциклов (300 С вЂ” вода (18 С)) — 50.

Для сравнения были испытаны образцы из алюмонитридной керамики, стекленные высокотемпературным клеем-цементом

МАФ-29. Механические испытания показали среднее значение оиз, = 1,41 кг/мм, z термоциклических испытаний образцы не выдержали и разрушились после первого термоцикла из-эа значительной разницы в

КТР между МАФ-29 и алюмонитридной керамикой.

Для сравнения были испытаны образцы из алюмонитридной керамики. паяные стек1701459 лоприпоем для пайки нитридокремниевой керамики. Механические испытания показали среднее. значение omar = 3,51 кг/мм, 2 испытания на термостойкость показали, что образцы выдерживают в среднем только 30 термоциклов по режиму 300 С вЂ” вода (18 С).

Составитель С.Ибрагимов

Редактор А.Калениченко Техред М,Моргентал Корректор р Кундрик

Заказ 4498 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Таким образом, благодаря предлагаемоу стеклоприпою расширяются его функциоальные возможности, т.е. осуществляется айка труднопаяемых. керамик, таких как люмонитридная керамика, стает возможым получать непроводящие паяные швы с

ысокой механической прочностью и повы шенной стойкостью к термоударам, что позволяет повысить надежность соединений и х работоспособность.

Формула изобретения

1. Стеклоприпой для пайки изделий из керамики, содержащий окись цинка, борный ангидрид, двуокись титана и двуокись

5 кремния, отличающийся тем, что, с целью осу ествления пайки изделий из алюмонитридной керамики, он содержит указанные I .Oìïîíåíòû в следующем соотношении, м 3c. $:

10 Окись цинка 54-58

Борный ангидрид 15 — 17

Двуокис ь титана 16,5-23,5

Двуоки(ь кремния 7.5 — 8,5

2. Стеклоприпой по п.1, о т л и ч а ю щ и й15 с я тем, что в качестве связующего используют лак АС-82, содержание которого по отношеwe к порошку припоя составляет 26 — 28 мас, $.