Композиционный материал для металлокерамических спаев

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к композиционным материалам для металлокерамических спаев. Шихта для композиционного материала содержит, мас.%: молибден 65-70; кобальт 0,2-0,4; бор 0,1-0,3; никель 0,2-0,4; тетраборат натрия 0,2-0,4; медь - остальное. Полученный материал обладает высокими пластическими свойствами. 1 табл.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к композиционным материалам для металлокерамических спаев.

Известны композиционные материалы для металлокерамических спаев, содержащие молибден, медь, никель; молибден, медь, никель, бор; молибден, медь, никель, кобальт; вольфрам, медь, бор (см. а.с. СССР №309062, кл. С22С 27/100, 1971; а.с. СССР №655739, кл. С22С 27/04, 1978; патент Японии №49-20691, кл. 10 q 51, 1974; патент Японии №56-4618, кл. С22С 9/100, 1981), которые используют для спаев с керамикой.

Недостатком этих материалов являются низкие пластические свойства и несогласованность по коэффициенту линейного термического расширения (КЛТР) с алюмооксидной и бериллиевой керамиками.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому объекту является композиционный материал для металлокерамических спаев (см. патент РФ №1336592, кл. С22С 30/02, 1987), следующего состава, мас.%:

Вольфрам	30-35
Молибден	30-35
Кобальт	0,3-0,7
Бор	0,03-0,07
Медь	остальное

при этом соотношение вольфрама и молибдена равно 1:1.

Данный материал обеспечивает согласованность по КТЛР с алюмооксидной и бериллиевой керамиками, имеет достаточно низкое удельное электросопротивление, однако имеет относительно низкие пластические свойства при вырубке заготовок из этого материала. Из-за относительно низких пластических свойств происходит растрескивание кромок заготовок крышек для корпусов транзисторов типа SMD-1, что снижает выход годной продукции.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, достигается тем, что шихта для получения композиционного материала, содержащего медь, молибден, кобальт и бор, дополнительно содержит никель и тетраборат натрия (Na₂B₄О₇·10H₂О) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Молибден	65-70
Кобальт	0,2-0,4
Бор	0,1-0,3
Никель	0,2-0,4
Тетраборат натрия	0,2-0,4
Медь	остальное

Заявляемый состав материала отличается от известного введением новых компонентов в шихту, а именно никеля и тетрабората натрия. Анализ аналогов показывает, что некоторые элементы, введенные в заявляемое решение, известны, например никель. Однако их применение в этих материалах в сочетании с другими компонентами не обеспечивают материалу такие свойства, которые они проявляют в заявленном решении, а именно повышение пластичности материала. Это возможно благодаря тому, что никель при температурном и деформационном воздействии предотвращает сегрегацию примесей внедрения на границах зерен. Кроме того, пластичность повышается за счет измельчения выделенной на границе раздела и в теле зерна второй фазы, а также приводит к более равномерному распределению частиц второй фазы в объеме материала (см. кн. Б.А. Колычев, В.А. Ливанов, В.И. Елагин, "Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов", М., 1981, с.377-378).

Тетраборат натрия при нагревании на операциях спекания и термообработки материала теряет кристаллизационную воду и плавится. В расплавленном состоянии он растворяет оксиды металлов и тем самым снижает количество неметаллических включений в виде окислов (см. кн. Н.П. Глинка Общая химия, Ленинград. "Химия"; 1984, с.613), что способствует повышению пластических свойств композиционного материала.

Повышение пластичности композиционного материала устраняет растрескивание кромок заготовок крышек и приводит к повышению выхода годной продукции на операции - вырубка заготовок с 30 до 86-92% (на заготовках размером 0,4×3×3 мм) и с 40 до 95-98% (на заготовках размерами 0,4×10×10 мм).

Введение в шихту никеля и тетрабората натрия менее 0,2% снижает эффективность повышения пластических свойств материала.

Введение никеля и тетрабората натрия более 0,4% практически не оказывает влияния на повышение пластичности материала, но увеличивает его удельное электросопротивление и, соответственно, уменьшает теплопроводность.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Заготовки в виде полос сечением 1,3×90×300 мм получали по технологии прототипа методом прокатки порошка на стане ДУО 170 с горизонтально расположенными валками. Порошки требуемого состава предварительно смешивали в шаровой мельнице МШ-1 в течение 4-5 часов. Полосы помещали в стальные лодочки, разделяя их между собой алундовым порошком, а затем спекали в среде водорода по режиму: температура 1200°С, выдержка 60 мин, охлаждение в водохлаждаемом холодильнике 60-80 мин. Спеченные полосы очищали от алундового порошка, разрезали на карточки длиной 60-80 мм и прокатывали до толщины 0,7 мм. Затем полосы отжигали в среде водорода при температуре 950°С в течение 60 мин и прокатывали на толщину 0,4 мм^-0,03. Полученные полосы отжигали в среде водорода при 950°С в течение 60 мин и измеряли КЛТР в интервале 20-600°С, удельное электросопротивление, а также способность композиционного материала на штампуемость при получении заготовок на вырубном штампе.

В таблице представлены составы шихты предлагаемого материала и материала-прототипа, а также результаты их испытаний.

Из таблицы следует, что предложенный композиционный материал по сравнению с прототипом имеет пластические свойства, обеспечивающие вырубку заготовок крышек для корпусов транзисторов, при этом уменьшается удельное сопротивление на 0,7-0,9 Ом·м·10^-8.

Относительное удлинение увеличивается в 2-2,5 раза, что приводит к увеличению выхода годных заготовок крышек для корпусов транзисторов при вырубке на штампе с 30 до 86-92% (для заготовок 0,4×3×3 мм) и с 40 до 95-98% (для заготовок 0,4×10×10 мм). При этом коэффициент линейного термического расширения остается практически без изменения и составляет в интервале температур 20-600°С (7,4-7,5)·10^-6 град^-1.

Композиционный материал для металлокерамических спаев, содержащий медь, молибден, кобальт и бор, отличающийся тем, что он получен из шихты, содержащей следующие компоненты, мас.%:

молибден	65-70;
кобальт	0,2-0,4;
бор	0,1-0,3;
никель	0,2-0,4;
тетраборат натрия Na2B4O7·10H2O	0,2-0,4;
медь	остальное