Способ диффузионной сварки оксидной керамики с медью

СОЮЗ СОВЕТСНИСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИН 3 К 20/6 ОПИСАН Н АВТОРСНО ИЗ Б ИДЕТЕЛЬСТ выдержку ссе свар ействуют исталлическои а и керамики с х соединений К ФФУЗИОННОИ СВАРКИ С МЕДЬЮие относити может бронной, эл(54) СПОСОБ ДИ СИДНОИ КЕРА 1% (57) Изобрете зионной сварк зовано в элек ющии на поверх стекле, очищая руя диффузионся к д ыть ис ектрот ффу- ольные процессы. Изобной свав электдругихЦель узион овано ко вьппе ни Ям об т еди ит. Сад шки ержк арки ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Московский авиационный технологический институт им. К.З.Циолковско, В.М.Рюмшин, Г.И.Резниченкои Л.И.Сизова (53) 621.791,66 (088.8) (56) Патент Японии У 57-149893 кл. С 04 В 37/02, 1984. етение относится к диффке и может быть испольонной, электротехничестраслях промьппленностиизобретения является ества сварного соединени Способ осуществляют следующразом.Между свариваемыми поверхнодеталей из оксидной керамики ирасполагают промежуточную проксодержащую мелкодисперсные пормеди и 30-40 мас.7 легкоплавкостекла, детали нагревают до 75800 С, сдавливают усилием 1-3оосуществляют изотермическую выдв течение 30 - 40 мин. После с нической и других отраслях промьппленности. Цель изобретения - повьппение качества сварного соединения.Между свариваемыми поверхностямидеталей из оксидной керамики и медирасполагают промежуточную прокладкусодержащую мелкодисперсные порошкимеди и 30-40 мас,7 легкоплавкогостекла. Детали нагревают до 750 -300 С, сдавливают усилием 1-3 МПа иосуществляют изотермическуюв течение 30-40 мин. В процеки компоненты стекла взаимод образованием химическ Оксид меди, присутств ности, растворяется в поверхность и активиз детали охлаждают под нагрузкой докомнатной температуры.В период нагрева в зоне соединения протекают следующие процессы.При температуре э 00 - 550 С стекло активно расплавляется и заполняет микро- неровности на поверхности меди и керамики. Химического взаимодействия между оксидами соединяемых материалов, как установлено рентгеноструктурными исследованиями, не происход С повышением температуры до 750-800 оксид свинца, входящий в состав стек" ла, взаимодействует с оксидом алюминия с образованием соединения РЬ(А 10) и меди с образованием СцРЬОа.При Формировании соединенияСц РЬОб поверхность меди очищаетсяот оксидов, и атомы меди из порошка,присутствующего в прокладке и соеди 5няемой меди; обладая высокой диффузионной подвижностью при 750 - 800 С,активно диффундируют в керамику,образуя твердые растворы в стеклофазекерамики, расположенной по границамзерен корунда.Таким образом, образование соединения обеспечивается процессами химического взаимодействия между оксидами с образованием прочных химичес"ких связей и диффузионными процессами между очищенными металлом истеклофазой керамики с образованием. твердых растворов, что позволяет повысить качество сварного соединения.Несмотря на то, что керамика является теплоизолятором, дополнительное введение теплоизоляционного материала (стекла) в зону соединениянежелательно, так как может ухудшить 25теплоотвод от прибора к подложке.Поэтому введение порошка стекла взону соединения необходимо не только для повьппения прочности, а такжес целью улучшения теплоотвода, 30При содержании стекла более40 мас.7 тейлопроводность переходного слоя снижается. При содержаниистекла менее 30 мас,7 не происходитобразования соединения по всей плос-кости прилегания из-за недостаткаоксидов стекла, взаимодействующих соксидами алюминия и меди. Прочностьсоединения снижается,При температуре ниже 750 С медь 40не обладает достаточной диффузионнойподвижностью, поэтому соединение,полученное только за счет химического взаимодействия оксидов (при Т700 - 740 С), менее прочно. Увеличение температуры сварки выше 800 Сприводит к деформации деталей из меди, что в ряде случаев является недопустимым.Усилие сжатия в пределах 1-3 МПаявляется необходимым и достаточнымдля создания физического контактамежду соединяемыми материалами, Увеличение давления свыше 3 МПа приводитк выдавливанию расплавленного стеклаиз зоны соединения,Время изотермической выдержки 30 -40 мин обеспечивает наиболее полноепротекание процессов взаимодействия. На первом этапе взаимодействие носит очаговый характер. После 10-минутной выдержки новых химических соединений в зоне сварки не обнаружено. По результатам рентгеноструктурного анализа установлено, что после 20-минутной выдержки в зоне присутствует только химическое соединение СцРЬ 08. После 30-минутной выдержки обнаружено также соединение РЪ(А 10) .После охлаждения до комнатной температуры образцы подвергают испытанию на прочность и термоциклирование: жидкий азот ("190 С) - кипящая водао(+100 С). После термоциклирования металлографически исследуют образование трещин и проверяют образцы на электропробой. Прочность соединения составляет 14-15 кг/мм . Образование трещин наблюдается после второго цикла термоциклирования.П" р и м е р. На предварительно обезжиренную поверхность керамики 22 ХС по всей плоскости напыляли порошкообразную мелкодисперсную композицию стекла состава, мас.7.: РЬО 26 - 43 В Оз 22-31; ЕпО 12-32;ЯдОз 13 - 13; А 1 Оз 0,3 - 0,5; МпОз 0,2 - 0,5; СиО 0,2-2,0; СйО 0,2-0,5; РаО 0,2 - 1,2, с мелкодисперсным порошком меди (5 - 7 мкм) при соотношении компонентов, мас.%: стекло 35; Сц 65, толщиной 20 - 40 мкм. Затем керамическую деталь устанавливали на предварительно обезжиренную поверхность пластины из меди Мтаким образом, чтобы нанесенная порошковая композиция находилась между керамикой и медной пластиной. Детали в сборе размещали в вакуумной камере. Металлокерамический узел нагревали до Т = 770 С в вакууме 10 мм рт.ст. По достижении заданной температуры прикладывали сжимающую нагрузку Р =2 ИПа, проводили изотермическую выдержку в течение 35 мин, затем охлаждали, не снимая нагрузки, до комнатной температуры. После охлаждения образцы подвергали испытанию на прочность и термоциклчрование (жидкий азот - кипящая вода). Прочность соединения составила 20 кг/мм2Формула изобретенияСпособ диффузионной сварки оксидной керамики с медью, при котором между свариваемыми поверхностями(Заказ 986 Тираж 528 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 деталей располагают промежуточнуюпрокладку, содержащую порошок меди,детали нагревают, сдавливают и осу"ществляют изотермическую выдержку,о т л и ч а ю щ и й с я тем,что,с целью повышения качества сварногосоединения, в промежуточную проклад 9 6ку добавляют 30-407 мелкодисперсно-,го порошка легкоплавкого стекла, амедь берут также в мелкодисперсномсостоянии, причем нагрев осуществляют до 750-800 С, сдавливание - усилием 1-3 МПа, а изотермическую выдержку - в течение 30-40 мин.