Легкоплавкое стекло

 

Изобретение относится к составам легкоплавких стекол, преимущественно для изготовления многослойных структур на основе алюминия или его сплавов. С целью повышения терме стойкости, растекаемости и адгезии стекло включает, мас.%: РЬО 80- 90. В2Оз5-15, Si020,5-3,0, CuO0.1-1,5, 0,1-1,5, АЬОз 0,1-3,5, ЗЬаОз 0,1-1,0, PaOs 0,1- 2,0, V20s 0,1-5,0, СааСзО,1-5,0. Стекло имеет термостойкость 85-100°С, растекаемость 8- 18 мм, адгезию стекла к алюминию 15,8- 18.0 МПа. 2 табл.

COK)3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>s С 03 СЗ 072, С 03 С 8/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ К )МИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

l7 0 u i

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

le -Ýë

64 j (, яО ядя

Jr Д Я ЦЯ

7Е ИЗМЕН

585 yg (21) 4779944/33 (22) 09.01.90 (46) 23.04,92. Бюл. ¹ 15 3

lp)

ЬЗ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (71) Московский институт электронной техники (72) В.Ç.Петрова, Т,Д.4иликина. И,Е.Тихонова, В.А. Бачин и В.В. П ритуло (53) 666.112,4 (088,Ь) (56) Патент Японии № 59-18132, кл. С 03 С 3/16, опублик. 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 604836, кл. С 03 С 3/074. 1978.

Изобретение относится к составам легкоплавких стекол, используемых при изготовлении многослойных структур на основе алюминия и его сплавов методом диффузионной сварки, и предназначено для соединения пластин из алюминия или е;о сплавов в многослойную стр ктуру, может быть использовано при из:отовлении матричных теплообменников в криогенной технике. электротехнической. холодильной и других смежных областях про ышленности.

Целью изобретения является повышение термостойкости. растекаемости и адгезии стекла.

Стекло, включающее РЬО. ВгОз. 3102, СиО, В 20з, AI20g, БьгОЗ. дополнительно содержит РгО;, V205, 6агОЗ при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Pb0 80,0-90.0

В Оз 5.0-15.0

SiO2 0.5-3,0

СиО 0.1-1.5

В 1203 0.1-1.5

А120 3 0,1-3.5

ЯЬ20з 0.1-1.0

Р20 0.1-2,0

Ч205 0,1-5.0 .

„, Ы„„1728210 А1 (54) ЛЕГКОПЛАВКОЕ СТЕКЛО (57) Изобретение относится к составам легкоплавких стекол, преимущественно для изготовления многослойных структур на основе алюминия или его сплавов. С целью повышения термс стойкости, растекаемости и адгезии стекло включает, мас.%: РЬО 8090, ВгОЗ 5-15, ЯО 0,5-3,0, СиО 0,1-1,5, Bi20a

0,1-1,5, А!20з 0,1-3,5, ЯЬ20з 0,1-1,0, Р205 0,12,0, V205 0,1-5,0, 6агСз 0,1-5,0. Стекло имеет термостойкость 85-100 С, растекаемость 818 мм, адгезию стекла к алюминию 15.818.0 МПа. 2 табл. багОз 0,1-5.0

Повышение термостойкости стекла обеспечивается за счет введения в его состав Рг05 в количестве 0,1-2,0 мас.%, при этом значения термостойкости стекла увеличиваются с 70-80 до 85-100 С, Введение в состав стекла Р205 в пределах 0,1-2,0 мас,% обусловлено тем, что при содержании менее

0.1 мас.% повышение термостойкости стекла не достигается. а при содержании более

2 мас.% происхздит нежелательная кристаллизация стекла, причем увеличение термостойкости не наблюдается. Необходимо только совместно вводить в состав стекла

Р205, СагОз, V205. Введя только Рг05 и о6еспечив повышение термостойкости, использованиее стекла для изготовления многослойных структур на основе алюминия не возможно, так как не обеспечена растекаемость стекла и адгезия его к ал юминию.

Повышение растекаемости и адгезии стекла к алюминию и его сплавам достигается путем введения в состав стекла СагОз и Р20 . При этом максимальный эффект достигается при их совместном введении.

1728210

Синтез легкоплавких стекол осуществляют следующим образом. Исходные компоненты шихты (РЬО, НзВОз, Si0g. Alz03, СиО, Biz03, ЯЬ20з. РзО, V20.; и Оа20з) высушивают, взвешивают в определенных коли- 5 чествах, тщательно перемешивают и оплавляют в корундизовых тиглях емкостью

100 мл в печах с силитовыми нагревателями.

Подъем тем п ературы в печи осуществля ют со скоростью 10+3" /мин. при достижении 10

1000+50 С расплавы выдерживают в течение 30 мин, затем гранулируют в воду.

Составы синтезированных стекол приведены в табл. 1.

ТКЛР и температуру начала деформа- 15 ции определяли по стандартной методике на дилатометре ДКВ-5А системы Соркина.

Температуру оплавления (Tonn) определяют путем термообработки пластин из алюминия с нанесением на них слоя порошка стек 20 ла. За температуру оплавления принимают минимальную температуру, при которой образуется плотное, беспористое покрытие.

Растекаемость стекол оценивают по величине диаметра капли, образовавшейся из 25 порошкового образца цилиндрической формы (диаметр 5 мм. высота 5 мм). С этой целью готовят таблетки на основе порошка стекла, измельченного в шаровой мельнице по удельной поверхности 900+100 м /кг 30

Таблетки помешают на поверхность алюминия, предварительно обезжиренного в эти.ловом спирте, и термообрабатывают в интервале 400-550 С. Затем измеряют величину диаметра капли, 35

Термостойкость стекла определяют следующим образОм. Стержни из стекла размером 25 мм, диаметром 5-6 мм, отожженные, без трещин и царапин, нагревали в электрической печи до 60, 80. 90. 100, 110 40

120 С, сбрасывают в воду (t = 20"С). фиксируя температуру, при которой на образцах образуются трещины. Адгезию покрытий на основе стекла к алюминию и его сплавам определяют путем отрыва металлического 45 стержня диаметром 7 мм. приклеенного торцом к покрытию клеем ВК-1. на разрывной машине MP-1.

Результаты испытаний приведены в табл. 2, 0

Анализ результатов испытаний стекол показывает, что стекло предлагаемого состава обладает существенными преимуществами по сравнению с известным. а именно имеет более высокую термостой- 55 кость (85-100 С по сравнению с 70-80" С для известного), хорошо растекается по поверхности алюминия и его сплавов (8-12 мм по сравнению с 3-6 мм для известного). образует прочный спай с алюминием и его сплавами (адгеэия составляет 15,8-18 МПа по сравнению с 2,8-4.7 для известного).

Испытание многослойных структур на воздействие повышенного давления осуществляют на стандартной разрывной машине. Образцы для испытаний прочности представляют собой алюминиевые цилиндры с захватной частью, сваренные встык с помощью стекловидного диэлектрика. Диаметр цилиндра 15 мм, диаметр захватной части 25 мм, длина рабочей части 50 мм (табл. 2). Разрушающая нагрузка составляет

250 кгс.

Теплопроводность многослойной структуры на основе алюминиевых сплавов и стекловидного диэлектрика определяют по методу динамического калориметра в режиме монотонного нагрева при 300 К на приборе ИТ4-400, Образцы для испытаний представляют собой цилиндрические столбики и двадцати пластин алюминия марки

A41N, соединенные между собой слоем стекла. Толщина исходных пластин 0,440.46 мм, толщина стекла 10-15 мкм. диаметр столбиков 15 мм (табл. 2).

Анализ результатов испытания многослойных структур. сформированных из чередующихся слоев металл-диэлектрик, показал. что структуры, изготовленные с применением предлагаемого стекла, существенно отличаются от структур с применением известного, а именно более устойчивы к воздействию повышенного давления (1215.8 атм по сравнению с 1,5-2,0 атм для известного); имеют более низкий коэффициент теплопроводности (2-6 Вт/мк по сравнению с 14-18 Вт/мк для известного).

Применение предлагаемого стекла позволяет получить уникальный матричный теплообменник, в котором обеспечивается герметичность при средних и высоких давлениях (до 15 атм) теплоносителей в расширенном диапазоне температур (-196)-300 С, т,е. значительный экономический эффект от внедрения изобретения в народное хозяйство.

Формула изобретения

Легкоплавкое стекло преимущественно для создания многослойных структур на основе алюминия и его сплавов, включающее

РЬО, В20з, Si02, СиО, В 20з. А!20з, ЯЬ20з, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что, с целью повышения термостойкости, растекаемости и адгезии стекла. оно содержит дополнительно Р205, V205 и Оа20з при следующем соотношении ингредиентов, мас. /:

Pb0 80-90;

В Оз 5-15:

1728210

ЯЬ203

Р205

V205

6а203

0,5-3,0:

0.1-1,5:

0,1-1.5;

О, 1-3,5:

Таблица 1

Со е жанне компонентов. мас

Стекло

ZnO

Мпоэ

ЧОэ GaO М О

PzOs

5ьэо

BI О AI О

СиО

BzOç

Рьо

4.0

0.5 0,5

П р и м е ч а н и е. Стекла 1-10 имеют предлагаемый состав. стекла 11-12 — иэвестный.

Таблица2

Коэффициент тепловодности л, Вт/мк

ТКЛР 10 . к

Термостойкость, С

Адгеэия стекла к алюми нию, МПа

Растекаемость, мм

Температура оплавления стекла. С

Температура начала деформации. вС

16.2

17,3

18.0

15.8

17.7

12.1 !

О.г

8.7

2.8-4.7

2

4

6

8

Иэвестное

35

45

Составитель T. Чиликина

Техред М.Моргентал Корректор А. Осауленко

Редактор И, Шулла

Заказ 1376 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва Ж-Зтэ. Рау1иская наб,. 4/5

Производственно-издательский комб:; I;Iт "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Si02

СиО

В!203

А 203

2

4

6

8

11

90,0

80,0

86.0

82.0

81,0

80.6

90.5

79.5

79.5

79,75

77.0

68.4

5.0

15,0

7.7

6.0

7.3

8.0

4,0

15.5

4,0

4,0

11.6

15.0

3.0

0,5

1,5

2.6

0.8

2.0

4.0

0,1

6.35

0 05

0.8

2.0

376-570

0,1

0.1

0.5

1.5

1.2

0.8

0.05

2.0

0.05

0.05

0,5

2.5

530-570

0.5

0,1

1.О

0.3

1.5

0.8

0.1

2.0

0.05

0.05

1.0

4.0

0.1

3.5

0,2

0.1

1,7

0.8

0.1

0.5

0,05

4.0

2.0

0.1

128

109

106

126

98

88

76

83-87

0.1

0,2

1,0

0,2

0,5

0,7

0.05

0,2

1,5

0.05

0,5

3.0

77

70-80

0,1

0,1

1,0

0.8

2.0

0.5

0.1

0.1

2.5

0,05

О

11

18

12

5

4

3-6

G,1

0.2 .О

t.5

2.0

5.0

0.1

0.05

0.5

6.0

О

1.0

0.3

0.1

5.0

2.0

0,8

1.0

0.05

5,5

6,0

О

О

О

О

О

О

О

О

О

О

0.2

Устойчивость многослойны структур к воэдейстВию повьгшен ного давления, атм

12,6

13.1

14,0

12.0

12.5

15,8

10.8

1 1,2

12.0

1 1.0

1.5-2.0

О

О

О

О

О

О

О

О

О

О

0,4

5.4

5.4

6,0

3.6

3,5

2.0

4.8

3.6

4.9

5,0

14-18

0,1-1,0;

0,1-2,0;

0,1-5,0;

0,1-5,0.