Способ получения металлокерамического узла

ОМИТЕТ СССРИЙ И ОЧНРЬГПФ АРСТВЕННЛАМ ИЗ ИДЕТЕЛЬСТВ ТОРСНОМ ю СС8 ОПИСАНИЕ ИЗОБР(56) 1.Ерошев В.К. Иеталлокерамичес кие вакуумноплотные конструкции. И. "Энергия", 1970, с. 244,2. Авторское свидетельство С Р Р 309062, кл. С 22 С 27/00, 196 (прототип).(54)(57) 1. СПОСОВ ПОЛУЧЕНИЯ ИЕТАЛЛОКЕРАИИЧЕСКОГО УЗЛА путем изготовления металлической детали из металла с коэфФициентом линейного термического расширения (КЛТР) мень шим, чем КЛТР керамики,и пропнткой детали металлом или сплавом с КЛТР большим, чем у керамики, сборки металлической детали с керамической и пайки, о т л и ч а ю щ и й с я тем что, с целью увеличения надежности узла за счет стабилизации КЛТР металлической детали и повышения ее теплопроводности, металлическую деталь изготавливают в виде пакета стержней, а процесс пропитки прово НИЙ.-3 дят в обечайке, выполненной из того же материала, что и керамическая деталь.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения теплового потока через металлокерамическое соединение, пропитку осуществляют высокотеплопроводным материалом из группы; медь - серебро - медно-серебряные сплавы, астержни при соединении с керамикой ориентируют в направлении теплового потока в процессе службы.3, Способ по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью улучшения условий пропитки, используютстержни с диаметром, лежащим в пределах, обеспечивающих капиллярноезаполнение пропиточного металла в межстержневое пространство.4. Способ по п.1, о т л и ч а - ю щ и й с,я тем, что,. с целью регулирования КЛТР металлической детали .и улучшения условий пропитки1 ,Фпакет набирают из стержней разных . диаметров, помещая стержни меньшего диаметра в межстержневое прост-. ранство стержней большего диаметра.Изобретение относится к получению неразъемных соединений диэлектриков с металлом, в частности кспособам получения соединений керамики с металлом, и может быть использовано при изготовлении металлокерамических конструкций в электронной,радиоэлектронной и приборостроительной промьидленностях.В современном прибооостроении дляизготовления неразъемных соединенийкерамики с металлами применяют тонкие.металлические мембраны 1 манжетыкоторые паяют или диффузионно сваривают с керамическими деталями. Примене-ние тонких манжет вызывается необходимостью снижения термомеханическихнапряжений, возникающих в металлокера.мическом соединении из-за разницы ко-.эффициентов линейного термическогорасширения КЛТР ) большинства .метал 20лов и керамики.Известны способы получения соедине.ний керамики с металлом, при которыхудается увеличить толщину манжеты в1,5-2,5 раза без ухудшения термомеханических свойств металлокерамического соединения за счет использованияманжеты слойка 1 .Однако дальнейшее увеличение толщины манжеты приводит к снижению термо- Зомеханических свойств соединенияНаиболее близким к предлагаемомуявляется использование для спаев скерамикой молибдено-медных и молибдено-медно-никелевых сплавов. Этот способ позволяет получать соединения керамики с массивными металлическими деталями с высокими термомеханическимисвойствами, что достигается хорошимсогласованием КЛТР псевдосплавов скерамическими деталями Г 21. 48Согласно известному способу манжеты для спаев с керамикой изготавлива.ют механической обработкой из заготовок, полученных методом порошковойметаллургии путем смешения порошков, 45их прессования и высокотемпературного спекания, а в ряде случаев и последующей пропитки медью, при этомКЛТР полученных заготовок колеблетсяв зависимости от режимов прессова Ония, спекания и пропитки, что требует 100-ного контроля заготовокна КЛТР. Процесс осуществляется с использованием большого количествадорогостоящего оборудования при значительных трудозатратах. Кроме того,металлокерамические конструкции, по"лученные по известному способу,способны, передать через металлическуюманжету небольшойтепловой поток,так как теплопроводность псевдосплавазначительно меньше каждого из входящих в него компонентов из-за наличиябольшого количества межфазных границ,Так, согласованный по КЛТР с керамиками 22 ХС.сапфирйт, Аи др. сплав 65 ИД 15 НП имеет коэффициент теплопроводности 79 Вт/ 1 см град), а медь имолибден соответственно 346 и159 Вт/ см-град ), что не позволяет сиспользованием известного способаполучать теплонапряженные металлокерамические конструкции, которые вэлектронной и радиоэлектроннойпролишленностях находят все большееприменение.Цель изобретения - увеличениенадежности металлокерамического узлаза счет стабилизации КЛТР металлической детали и повышения ее теплопроводности,Поставленная цель достигается тем,что по способу получения металлокерамического узла путем изготовле-.ния металлической детали из металла скоэффициентом линейного термического,расширения КЛТР ), меньшим, чем керамики, и пропитки детали металлом илисплавом с КЛТР, большим, чем у керамики сборки металлической детали скерамической и пайки, металлическуюдеталь выполняют в виде пакета стержней, а процесс пропитки проводят вобечайке, выполненной из того же материала, что и керамическая деталь,При этом, с целью увеличения теп-лового потока через металлокерамичес-.кое соединение пропитку осуществляютвысокотеплопроводным материалом, изгруппы: медь-серебро-медно-серебряныесплавы, а стержни при соединении скерамикой ориентируют в направлениитеплового потока в процессе службы.Кроме того, с целью улучшения ус-ловий пропитки, используют стержни сдиаметром, лежащим в пределах, обеспе-..чивающих капиллярное заполнение пропиточным материалом межстержневого пространства.С целью регулирования КЛТР металлической детали пакет набирают из стержней разного диаметра, помещая стержни меньшего диаметра в межстержневоепространство стержней большего диаметра.Таким образом, после пропитки па-.кета стержней в обечайке из керамического материала получается детальзаготовка )с анизотропными свойствами, при этом КЛТР детали в направлении, перпендикулярном стержням, будет зависеть от КЛТР стержней,КЛТРпропиточного материала и КЛТР керамики, а теплопроводность в направлении вдоль стержней будет определят 1 ься теплопроводностью стержней и теплопроводностью пропиточного материала,так как в этом направлении отсутствуютмежфазные границы между двумя металлическими компонентами.Например, при пропитке молибденовых стержней медью в обечайке иэкерамики 22 ХС КЛТР металлическойарматуры (пакета стержней ) в напЗаказ 3626/18 Тираж 622 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,д.4/5филиал ППП фПатентф, г. Ужгород,ул.Проектная,4 равлении, перпендикулярном стержням, практически полностью совпадает с КЛТР керамики 22 ХС, а коэффициент теплопроводности вдоль стержней равен 178 Вт/(см, град ), т.е. в 2,2 раза выше, чем у сплава МД 15 НП,5 предназначенного для аналогичных целей.В связи с тем, что При любом диа.- метре стержней при их плотной укладке межстержневое пространство в се чении, перпендикулярном стержням, имеет одну и "ту же площадь, равную 9,31, коэффициент теплопроводности и КЛТР можно менять эа счет подбора пропиточного материала и его КЛТР. 15Кроме тоРо, заполняя межстержневое пространство стержнями меньшего размера, можно варьировать КЛТР и условия пропитки, при этом диаметр стерж. - ,ней для каждого пропиточного материала 20 выбирается таким образом, чтобы размер межстержневого пространства.обес печивал его капиллярное заполнение пропиточным материалом.Предлагаеиям способом получают торцевые (наружный диаметр 50 мми внутренние (диаметр 25 мм ) металлокерамические соединения с использованием керамики 22 ХС и массивной ме- таллической арматуры.Во всех случаях на дно керамичес- кой обечайки с внутренним диаметром 55 и 30 вм соответственно помещают диск из меди толщиной 2,5 мм. Поверх медного диска в обечайку, параллельно ее образующей, устанавливают пакет молибденовых стержней. Диаметры стерж ней 0,8) 1,2", 1,бу 2,0, 2,5;,3,2 у 4,0 мм. Обечайку со стержнями помеща. -ют в водородную печь и нагревают до 1100 С, после чего охлаждают и заготовку вынимают из керамической обечайки. Для всех заготовок, у которых диаметр стержней не превыдал 2,0 мм, межстержневоепространство после пропитки полностью заполнялось медью. Для стержней диаметром 2,5 мм из 15-ти заготовок в двух оказалось по одному незаполненному межстержневому пространству. Для стержней диаметром 3,2 и 4,0 мм из 10-ти заготовок соответственно 4 и 8 оказались с дефектом.Из полученных заготовок вытачивают диски диаметром 50 ьви, толщиной 20 мм, которые спаивают с керамическими кольцами из материала 22 ХС торцевым некомпенсированным спаем. Толщина керами". .ческого кольца - 3 ыа, ширина зоны спая - б 5 мм. После 30 термоцикловВов режиме 20-600-20 С все узлы остались вакуумно-плотными, Аналогичные узлы с компактным молибденом, близким по теплопроводности к полученнойпо предлагаемому способу металлической арматуре, разрушались либо сразу после пайки, либо после первого термоцикла. Кроме того, .с полученной по предлагаемому способу металлической арматурой были получены внутренние соединения керамики с металлом. Диаметр внутреннего спая 25 мм, ширина соединения 5 мм. Такие узлы выдержали 15- 20 термоциклов без нарушения ваку,умной плотности, Аналогичные образцы с молибденом разрушаются после пайки.