Способ изготовления металлокерамического узла

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

998435 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 140581 (21) 3305255/29 33

)gq) g> 3

C 04 В 37/02 с присоединением заявки М"—

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 230283 Бюллетень ¹ 7 (531 УДК 666. 798. .2(088.8) Дата опубликования описания 230283 I.В. Кондакова, С.К. Цакулс, P.Ñ. Коршунова, Д.А . Иихайлола и А.И. Антипов

Ф, В (72) Авторы изобретения

)

К е с (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОтОВЛЕНИЧ МЕТАЛЛОт(ЕРАИИЧЕСКОГО

УЗЛА

Изобретение относится к способам со единения металла с керамикой с использованием промежуточного слоя, конкретно — к злектровакуумной, полупроводниковой технике, электронике, использующим металлокерамические узлы.

Известен способ соединения металла с керамикой методом предварительной металлизации керамики и последующей пайки с металлом твердыми припоями (1 ).

Недостатками указанного способа являются использование сложного оборудования — конвейерных или колпаковых водородных печей, а также дорогостоящих припоев и необходимость применения защитной среды (водорода, аргона), что усложняет технологический процесс и создает небезопасные условия для работы.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является способ изготовления металлокерамических узлов нагревом токами высокой частоть. металлической и керамической детали в сборке, причем слой металла соединяется с керамическим материалом с помощью стекловидного промежуточного слоя, включающего S i 02, А12 03 (2).

Однако сложность в проведении технологического процесса, заключающаяся в нагреве подготовленного к заварке узла под вакуумом до 1400-1450 С в

5 течение 5 мин выдержки и последующего резкого охлаждения, ограничивает нрименение известного способа.

Целью изобретения является повыше ние качества металлокерамических узлов при одновременном снижении темпе ратуры пайки.

Указанная цель достигается тем, что по известному способу получения металлокерамического узла путем нанесения на металлическую деталь стеклообразующего материала, включающего

S i 02, А 12 Оз, соединения ее с керамической деталью и нагрева собранного узла токами в.тсокой частоты в течение

2-5 мин и выдержки с последующим резким охлаждением до 500-600оС, стеклообразующий материал дополнителт но содержит В205, йа, О, СеО,и Sb 20 при следующем соотношении комйонент< в,масЛ

25 :102 71,4-72,5

A I20 4,5 — 15,0

11,0-12,0

Nag(10,6-11,0

СеО 0,3

30 0,3

998435

Соединения, изготовленные предлагаемым способом

Соединения, изготовленные известным способом

Вид испытания

100

Не более

1,5 ч

Не менее

2-3 сут

100

100

Защитная среда отсутствует

Необходима восстановительная среда (водород) нагрев ведут до 900-1100 С и выдерживают 1-5 мин, а охлаждение в интер вале от 500-600 до 200-300 С осуществляют со скоростью 7-10 С/мин.

Выбранные оптимальные режимы позволяют быстро производить локальный разогрев спаиваемых деталей и обеспечивать высококачественный спай без применения вакуума при обеспечении высокого процента выхода годных изделий. Температурные пределы разогрева

900-1100ОC в сочетании с временным режимом обусловлены вязкостойкими свойствами применяемого промежуточного слоя .стекловидной эмали: нагрев выше 1100 С ведет к резкому сиижению вязкости промежуточного слоя и его сильному растеканию; нагрев ниже

900 С вЂ” недостаточен для его размягчения и получения вакуумплотного соединения металл — промежуточный слой— керамика.

Охлаждение от 500-600 до 200-300 С является наиболее ответственным этапом охлаждения, так как указанные температурные пределы являютчя соответственно верхней и нижней границами зон отжига промежуточного слоя.

Поэтому в данном интервале во избежание возникновения остаточных напряжений и растрескивания заваренного узла скорость охлаждения должна быть цостаточно оптимальной и в нашем случае подобрана экспериментально в прецелах 7-10ОC/ìèí. Практически скорость снижения температуры в данном интервале регулируется с помощью включенной электропечи, обогревающей заваренный узел.

Ниже 200-300ОС охлаждение ведется в режиме выключенной печи и может

Испытания на герметичность, Ъ

Длительность технологического процесса цикла

Испытания на термоудар при (85) — (60)OÑ в течение 3 циклов по 2 ч .каждый, Ъ

Воздействие температур от комнатной до азотной (20) — (-196).,С в течение 2 циклов по 5 мин . каждый, Ъ

Наличие защитной среды при изготовлении спая производиться практически с произвольной скоростью.

Пример. 1. Подготовленный к заварке узел, состоящий из металлического (коварового ) кольца с предварительно нанесенным на него эмалевым слоем, содержащим, мас.Ъ:

Si Og 71,4

Bz Оз 12,0

Я1203 5,0

Na 0 11,0

Се02 0,3

5 2 03 0,3 и керамической детали, устанавливается на оправке под заварку токами высокой частоты. Нагрев ведут до

900 С .в течение 5 мин, выдерживают при этой температуре 5 мин и далее охлаждают по следующему режиму: до

500oC — в течение 2 мин, затем со скоростью 7 С/мин — до 300 С и да20 лее — естественное охлаждение с выключенной печью.

Пример 2. Операция подготовки та же, что и в примере 1. Состав эмали, мас.Ъ:

25 5(02 72,5

8203 11,0

А 1 2.03 4,5

Na 20 11,4

СеО2 0,3

ЗО Sb2.03

0,3

Нагрев ведут до 1100 С в течение

2 мин, выдерживают при этой температуре 1 мин, далее охлаждают до 600 С в течение 1 мин, затем со скоростью

35 10 С/мин — до 200 С, после чего проводят естественное охлаждение с выключенной печью.

Подготовленные образцы соединений подвергают испытаниям, результаты которых приведены в таблице. 998435

Продолжение таблицы100

100

Ударная прочность 10000 ударов с ускорением 40q, 3

100

Как видно из приведенной таблицы,. у изготовленных предлагаемым способом соединений металла с керамикой герметичность, а также устойчи- 29 вость к температурным и механическим воздействиям значительно выше, чем у известных.

Кроме того, при изготовлении соединений предлагаемым способом зна- д чительно упрощается и сокращается технологический процесс, что суще; ственно при организации -серийного производства металлокерамических корпусов приборов.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Батыгин В,H. и др. -Вакуумноплотная керамика и ее спаи1 с металлом. M. "Энергия", 1973, с. 289319.

40 2. Патент Японии Р 48-40463, кл. С 04 В 37/00, опублик. 1973 (прототип).

Составитель Н. Соболева Редактор Н. Егорова Техред Е.Харитончий Корректор. О. Билак

Заказ .1062/41 Тираж 620 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Воздействие в течение 48 ч влажности 984 при 40 С, Ъ

Вибронрочность прн частоте 1000 Гц и ускорением 10q в течение7,5 ч, Ъ

Способ, изготовления металлокерамического узла путем нанесения на металлическую деталь стеклообразующего материала, включающего S,i02 и

Sbg0g при следующем соотношении ком-, понентов, мас.Ъ:

Si О . 71,4-72,5

A 1óÎç 4 с 5 5 р 0

О 2 0 3 11,0-12,0

Ма О 10,6-11,0

Се 2 0,3

Sbg 03 0,3. нагрев ведут до 900-1100 С и выдерживают 1-5 мин, а охлаждение в интерва- ле от 500-600 до 200-300 С осуществ,ляют со скоростью 7-10 С/мин.