Способ соединения материалов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик оо833384 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 170979 (21) 2819017/25-27 (51) М. Кл.

В 23 К 1/20 с присоединением заявки Но

Государственный воннтет

СССР по делан пзобретеннй и .открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 3005.81. Бюллетень N9 20

Дата опубликования описания 300581 (53) УДК 621 791 ° 3 (088.8) Л.И. Андреева, И.Д. Гусев, Б.А. Камарицкий, A.Þ. Курашов, A.Ë. Кусков, М.A. Македонцев,"",.;,,;;.

В.М. Михайлов и A.È. Южин

i,: 1

J .!

Научно-исследовательский институт гидрометеорологического приборостроения и Всесоюзный заочный м шиноауррительный институт I — J (72) Авторы изобретения (71) Заявители (5 4 ) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к пайке, в ча тности к способам пайки труднопаяемых материалов индиевым припоем, и может быть использовано при изготовлении вакуумноплотных узлов приборов.

В ряде случаев при изготовлении узлов приборов требуется обеспечить соединение деталей, выполненных из труднопаяемых материалов (монокристаллы окислов и фторидов, керамика, бериллий, молибден, хромель, вольфрам и др), кото1 ае плохо паяются или не паяются легкоплавкими припоями, в частности припоями на основе индия. часто к спаям предъявляется требование получения вакуумноплотного шва. Иногда технология соединения осложняется наличием на соединяемых деталях предварительно выполнен- 2О ных легкоплавких контактных площадок с отводящими проводниками, что определяет необходимость использовать легкоплавкие припои на основе индия, часто не обладающие достаточной ад- . гезией к материалам деталей.

Известен способ пайки труднопаяемых материалов,при котором производят металлизацию паяемых поверхностей галлием в вакууме, термообработку и пай- ЗО

2 ку, причем термообработку проводят s

2 этапа — сначала при 300-500 С о

30-120 мин, затем при 600-900 о С

60-120 мин (1) .

Недостатком данноГо способа является высокая температура термообработки, не применимая для использования при изготовлении приборов.

При пайке труднопаяемых материалов легкоплавким припоем этот способ не всегда применим, так как галлий обладает большим корродирующим действием по отношению к большинству используемых в приборостроении. Пайка по галлированной поверхности легкоплавким припоем приводит к значительному снижению температуры-распаивания, так как галлиЯ образует почти со всеми легкоплавкими материалами эвтектики с низкой точкой плавле-: ния, например с индием и оловом при

15,7 и 20 о С соответственно. Охрупчивающее действие галлия приводит к резкому снижению механической прочности спая и непластичности припоя в паяном шве.

Известен также способ соединения материалов эпоксидными клеями (2).

Указанный способ соединения мате- риалов в ряде случаев ыесьма эффекти3 633384 4 вен, но эпоксидные клеи имеют ряд существенных недостатков„ главными из которых являются низкая коррозионная стойкость в ряде сред (набухают в растворах кислот, щелочей и в воде) старение и в результате потеря вакуумной плотности, отсутствие возможности упругой деформации эпоксид» ных клеев, что приводит к деформации соединяемых материалов и снижению на- дежности спая и низкая теплопроводность эпоксидных клеев, делающая нежелательным их применение в узлах с теплопередачей через участок соединения, Наиболее близким по технической суцности к изобретению является спо- 15 соб вакуумноплотной пайки стекол ин- днем или эвтектическим сплавом индий-олово.,По этому способу на обезжиренные поверхности наносят удаляемый флюс и слой припоя, нагревают 20 соединяемые поверхности до темпера1 туры плавления припоя и производят соединение деталей, Данный способ позволяет получить вакуумноплотные спаи различных материалов (3).

Однако спаи,,полученные на труднопаяемых материалах, например алюмоиттриевом гранате и ситаллах с высоким содержанием окиси лития, являются невакуумноплотными или обладают крайне низкими механическими характеристиЗ0 ками, легко разваливаясь.

Цель изобретения — улучшение физико-механических характеристик соединения, повышение надежности вакуумноплотного соединения, а также 35 обеспечение Возможности соединения деталей из труднопаяемых материалов.

Поставленная цель достигается тем, чта на поверхность, по крайней мере, одной из соединяемых деталей на уча- 40 стке соединения перед пайкой наносят слой олигоорганосилсесквиоксана и проводят термическую обработку до отвердевания слоя упомянутого материала;

В качестве олигоорганосилсескви- оксана может быть использован олигометилсилсесвиоксан.

Пайку производят припоем типа индия или сплава на основе индия с тем- 50 пературой плавления 50-200 С.

Олигоорганосилсесквиоксаны входят в класс кремнеорганических олигомеров и .представляют собой порошки с температурой плавления 55-70 С, растворяющиеся в полярных растворителях или в смеси полярного и неполярного растворителей. В данном случае используются растворы.олигоорганосилсесквиоксана в смеси толуолацетон 1:1 по объему. В таком виде 60 эти растворы обладают адгезией практически к любым твердотельным материалам. При термообраСотке на воздухе 2-3 ч при 150-180 С растворитель испаряется, а олигоорганосилсесквиок- 65 сан отщепляет воду и эатвердевает, прочно сцепляясь с поверхностью материала. Упомянутые олигомеры могут использоваться в вакуумных системах до 250 С. Олигоорганосилсесквиоксан является гидрофобным материалом и может работать во влажной .и корродирующей атмосфере. Он не используется в качестве клея, а попытки получить клеевые соединения на его основе неудачные.

В процессе разработки способа соединения деталей обнаруживается, что индий и легкоплавкие сплавы на его основе обладают адгезией к термообра" ботанному олигоорганосилсесквиоксану, образуя с ним вакуумноплотные спаи.

Наилучшие результаты дает использование в качестве припоя индия и его сплавов с .температурой плавления

50-200 С.

Способ осуществляется следующим образом . Детали обезжиривают в толуоле, затем на соединяемые участки деталей окунанием, распылением или с помощью кварцевой палочки наносят слой олигоорнаносилсесквиоксана.

После этого детали сушат на воздухе

2-3 ч или центрифугируют 0,5 ч для удаления растворителя, затем проводят термообработку при 150-180О С

2-3 ч„ после чего охлаждают до комнатной температуры. Оптимальная толщина термообработанного слоя, обеспечиваюцая получение надежного вакуумноплотного соединения, составляет

1-3 мкм. Далее соединяемые материалы нагревают на воздухе или s инертной атмосфере до температуры плавления припоя или на 5-10 С выше, наносят на электроиэолируюций материал слой расплавленного припоя, соединяют детали и при небольшом поджиме (n 0,1 кг/см > охлаждают до комнатной температуры. Нанесение припоя может производиться с помоцью паяльника или кварцевой палочки. В случае, если одна из соединяемых деталей хорошо смачивается припоем, можно наносить олигоорганосилсесквиоксан только на другую деталь.

По другому варианту из тонкой фольги припоя вырубают полоски или.кольца заданной конфигурации, размецают их между деталями на участках, покрытых термообработанным олигоорганосилсесквиоксаном, и при прижиме производят групповую пайку в вакууме порядка 1 ° 10->+1-10 + мм рт.ст.

По предлагаемому способу получают вакуумноплотные узлы (ЧЭД) из полупроводникового чувствительного элемента давления с коваром для датчиков абсолютного давления и перепада давления, работоспособные в интервале . температур 40-б0 С. Узлы успешно проходят испытаиия. Получают вакуумноплотные спаи по слою олигоорганосилсесквиоксана .íà следуюцих мате-.

833384

Формула изобретения.Составитель Ф. Конопелько

Техред A. Бабинец Корректор В. Синицкая

РедаКтор М. Митровка

Тираж 1148 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Заказ 3864/11

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 риалахs тTи тTа нHе, тантале, молибдаие, вандии, алюмо-иттриевом гранате, сапфире, фотоситалле BC-148-1, слюде, керамике ГБ-7 и 22ХС. моиокристаллах фторидов щелочных-.и щелочноземельных металлов. В качестве покрытия может использоваться любой представитель олигоорганосилсесквиоксанов, так как они обладают практически одиггаковыми свойствами. В частности, вакуумноплотные спаи по предлагаемому способу получают с использованием олигометилсилсесквиоксана, олиго этилсилсесквиоксана и олигометилфенилсилсесквиоксана.

Предлагаемый способ соединения . материалов реализуется с испольэо- 15 ванием индия и следующих сплавов индияг эвтектических сплавов индийолово, индий-серебро, индий-висмут, сплавов систем индий-олово-серебро, индий-олово-медь, индий-олово-сереб- 26 ро-медь н др.

Высокая корроэионная стойкость олигоорганосилсесквиоксана, а также индия и его сплавов позволяет использовать полученные узлы в агрессивных средах (влажной атмосфере, насыщенной кислородом воде, растворах щелочей и ряда кислот) . Высокая пластичность индия и BFo сплавов позволяет соединить материалы с различающимися коэффициентами термического расши- © рения °

Предлагаемый способ соединения материалов предназначен для изготовления .спаев, в том числе вакуумноплотных, труднопаяемых.материалов с обес- З5 печением электрической изоляции соединяемых деталей. Он эффективен также .при изготовлении .узлов со сложной конфигурацией спая. Основная область применения этого способа - точное приборостроение.

1. Способ соединения материалов, преимущественно для получения вакуумиоплотных узлов приборов включающий операции нанесения на соединяемге детали припоя типа индия или сплава на основе индия с температурсй плавления 50-200 С и последующего соединения деталей .при температуре плавления припоя, о т л и ч аю шийся тем, что, .с целью улучзгения физико-механических характеристик соединения, повышения надежности вакуумноплотного соединения, а также обеспечения воэможности соединения деталей иэ труднопаяемых материалов, на поверхность, по крайней мере, одной из соединяемых деталей на участке соединения перед пайкой наносят слой олнгоорганосилсесквноксана и проводят термическую обработку до его отвердевания.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве олигоорганосилсесквиоксана используют олигометилсилсесквиоксан.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ю 579109, кл. В 23 К 1/20 °

2. Черняк К.И. Неметаллические материалы в судовой .электро- и радиотехнической аппаратуре, Л,, Судостроение, 1966, с. 210-283. 3. Рот 3.A. Вакуумные уплотнения.

М,, Энергия, 1971, с. 184-185.