Способ соединения стекла, пьезоэлектрического кристалла с металлическим слоем из сплава на основе алюминия

 

Изобретение относится к технологии изготовления многослойных изделий, обеспечивающих передачу акустической энергии с минимальными потерями на границах различных материалов. Изделия могут применяться, например, как ультразвуковые генераторы в слабокислых и слабощелочных средах. Сущность изобретения. Предложен способ соединения стекла, пьезоэлектрического кристалла с металлическим слоем из сплава на основе, например, алюминия. Промежуточный слой для покрытия соединяемых поверхностей выполняют никелем методом электронно-лучевого испарения и осаждения при одновременном облучении низкоэнергетическими ионами аргона с энергией не менее 5 кэВ, плотностью ионного потока до 150 мка/см2 при скорости напыления никеля не более 20 нм/с и температуре подложки до 120oC. Последующую пайку проводят при температуре ниже температуры деполяризации пьезокристалла, например, не более 200oC. В качестве припоя используют сплавы на основе олова. Разработанный способ соединения стекол, пьезокристаллов с металлическими слоями, выполняющими функцию радиаторов позволил создать высокопрочное, неразъемное, термически стабильное соединение в едином узле, которое обеспечивает передачу акустической энергии с минимальными потерями на границах материалов. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к технологии изготовления многослойных изделий, обеспечивающих передачу акустической энергии с минимальными потерями на границах различных материалов. Изделия могут применяться, например, в слабокислых и слабощелочных средах.

Для создания неразъемных соединений химически невзаимодействующих веществ на каждый соединяемый материал наносят металлические слои (см. Япония, патент N 48-12850, кл. C 03 C 27/00, 1973) низкотемпературного сплава, с последующей пайкой припоем. При этом адгезия между соединяемыми материалами не должна теряться из-за нагрева при пайке.

Данный способ соединения требует применения сложного по составу промежуточного слоя, но хотя и представляет собой прочное соединение невзаимодействующих веществ, однако не обеспечивает "сплошной" акустической среды между слоями.

Техническим результатом изобретения является создание термически стабильного, механически прочного соединения стекла, пьезоэлектрического кристалла и металла с минимальными акустическими потерями между слоями.

Указанный результат достигается тем, что в качестве металлического слоя используют сплав на основе, например, алюминия. Промежуточный слой для покрытия соединяемых поверхностей выполняют никелем методом электронно-лучевого испарения и осаждения при одновременном облучении низкоэнергетическими ионами аргона с энергией не менее 5 кэВ плотностью ионного потока до 150 мка/см2 при скорости напыления никеля не более 20 нм/с и температуре подложки до 120oС. Последующую пайку проводят при температуре ниже температуре деполяризации пьезокристалла, например не более 200oC. В качестве припоя используют сплавы на основе олова.

Для выполнения указанного соединения прежде всего был выбран материал металлического слоя, радиатора, сплав на основе алюминия, как обладающий наиболее близкий по акустической плотности к стеклу. Оба эти материала обладают малоотличающимися скоростями распространения звука.

Кроме того, для данного соединения был выбран материал промежуточного слоя, который обладает оптимальной растворимостью с материалом припоя и создает неразъемное соединение, а в то же время в твердом состоянии обладает незначительной растворимостью, чтобы взаимная диффузия в процессе эксплуатации не привела к химическим изменениям подслоев, что приводит к потере адгезии. Таким требованиям отвечает никель. Он использован в качестве промежуточного слоя. В качестве припоя использовались сплавы на основе олова. Главным ограничением при выборе материала припоя является температура плавления, которая не должна быть высокой из-за низкой стойкости стекла к термомеханическим воздействиям, но в то же время материал припоя обладает достаточной стойкостью к механическим воздействиям, генерируемым ультразвуковым излучателем.

Промежуточный слой из никеля на стекле выполняют методом электронно-лучевого испарения при одновременном облучении низкоэнергетическими ионами инертного газа-аргона. При этом перенос массы выбитыми атомами, образующимися в объеме промежуточного слоя и подложки при ионном воздействии, доминирует над переносом массы за счет радиационно-стимулированной или термической диффузии. Энергия ионов не должна превышать 5 кэВ, что исключает наличие радиационной опасности при работе.

Плотность ионного потока до 150 мкА/см2. Скорость осаждения никеля до 20 нм/с. Параметры способа позволяют использовать при массовом производстве имеющуюся техническую базу. Температура радиатора до 120oC. Нанесение никелевых покрытий на алюминий и пьезоэлектрические кристаллы проводят при тех же режимах, что и для стекла.

Для создания покрытий под пайку используют установку УВН-75, дооборудованную ионным источником. Эта установка позволяет достигать заданной энергии ионов при необходимой плотности ионного потока. Атомизацию никеля осуществляют методом электронно-лучевого испарения, приняв меры по предотвращению выброса рабочего тела из охлаждаемого тигля.

Пайку деталей изделия проводят традиционно. После охлаждения и затвердения паяного слоя пьезокристалл разряжают, приводя его в контакт с заземленным проводником.

Разработанный способ соединения стекол, пьезокристаллов с металлическим слоем из сплава на основе алюминия позволил создать высокопрочное, термически стабильное неразъемное соединение в одном узле, где металлический слой является радиатором. Такой результат позволяет изготовить устройство которое обеспечивает передачу акустической энергии с минимальными потерями на границах материалов.

Формула изобретения

1. Способ соединения стекла, пьезоэлектрического кристалла с металлическим слоем из сплава на основе алюминия путем нанесения промежуточного покрытия на соединяемые поверхности и последующей пайки, отличающийся тем, что промежуточное покрытие выполняют из никеля методом электронно-лучевого испарения при одновременном облучении низкоэнергетическими ионами аргона с энергией не менее 5 КэВ, плотностью ионного потока до 150 МкА/см2 при скорости напыления никеля не более 20 нм/с и при температуре металлического слоя из сплава на основе алюминия до 120oС, а последующую пайку производят при температуре ниже температуры деполяризации пьезокристалла, причем в качестве припоя используют сплавы на основе олова.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что металлический слой из сплава на основе алюминия выполняют в виде радиатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области пьезоэлектроники, а именно к производству пьезоэлектрических фильтров

Изобретение относится к технике изготовления пьезоэлектрических резонаторов путем покрытия кристаллических пластин вакуумным испарением металлов при управлении и регулировании их осаждением

Изобретение относится к электронной технике, в частности к вакуумной технологии и может быть использовано при изготовлении пьезоэлектрических пластин ионным травлением Способ изготовления пьезоэлектрических пластин включает установку пьезоэлектрических пластин на вращающуюся вокруг своей оси мишень, на которой установлены вращающиеся вокруг своих осей подложкодержатепи

Изобретение относится к радиоэлектронике

Изобретение относится к электронной технике, в частности к производству кварцевых резонаторов

Изобретение относится к радиоэлектронике

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при разработке пьезоэлектрических резонаторов

Изобретение относится к пьезотехнике и может использоваться для обработки различных кристаллических элементов

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в кварцевых генераторах для стабилизации частоты
Изобретение относится к акустоэлектронике и может быть использовано при изготовлении устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ)

Изобретение относится к пьезокерамике, а именно к электромеханическим преобразователям, и может быть использовано при изготовлении пьезодвигателей

Изобретение относится к технологии изготовления пьезоэлектрических датчиков давления и направлено на повышение чувствительности и расширение диапазона рабочих температур

Изобретение относится к сейсмометрии и может быть использовано в сейсмологии для контроля и измерения параметров колебаний почвы на суше и в море, вызываемых искусственными или естественными источниками вибраций
Наверх