Способ пайки керамики с металлами и неметаллами

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 742269 А 1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН У ие разнороди радиотехростроении. грев до я высособа явл овления ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Могилевское отделение Института фзики АН БССР(54) СПОСОБ ПАЙКИ КЕРАМИКИ С МЕТАЛАМИ И НЕМЕТАЛЛАМИ,(57) Использование: соединенных материалов в электроникенике и прецизионном прибо Изобретение относится к соединению разнородных материалов, в частности к пайке, и может быть использовано в электронной, радиотехнической промышленности и прецизионном приборостроении,Известен способ соединения металла с керамикой путем спаивания через слои переходных материалов, при котором промежуточные слои выполняют из тугоплавких окислов со стороны металла, а спаивание осуществляют при давлении 15 - 20 кг/см и2 температуре 1580 - 1650 С в течение 1 - 3 мин,Недостатками способа являются высокая температура пайки и необходимость пайки в вакууме не ниже 10 - 10 мм рт.ст,Известен также способ вакуумно-плотного соединения керамики с металлом, согласно которому металлическую фольгу со слоем металлизационной массы размещают между керамикой и металлом, причем металлическим слоем к поверхности керамики, затем нагревают до температуры плавления припоя в защитной среде или вакуумс и получают качественный спай с прочностью на изгиб 1720 - 3120 кг/см, вы 2 51)5 С 04 В 37/02, В 23 К 1/2 Сущность изобретения: соединение керамики осуществляют, размещая между изделиями фольгу эвтектического меднотитанового сплава, покрытую слоем металла или сплава из группы; олово, свинец, индий в количестве 5-300 от общей массы припоя. Нагрев ведут со скоростью, определеемой соотношением Ч = 1,5 Рх х 10, где Р - остаточное давление разрежения, мм рт,ст, Повышена экономичность способа, снижены энергозатраты, процесс ведт при более низком вакууме.10 10 Па. 1 табл. держивающий многочасовой на 700 С и 15 термоударов,Недостатками способа являютс кая температура пайки, необходимость паи ки в высоком вакууме или защитной среде, а также сложная технология получения и нанесения металлизационной массы,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ пайки керамики с металлами и неметаллами, при котором между паяемыми поверхностями деталей размещают слои припоя, состоящие из меди, титана и легкоплавкого металла, выбираемого из группы: олово, свинец, индий и их сплавы, причем слой легкоплавкого металла помещают между слоями меди и титана. Детали поджимают и производят 1 д нагрев выше температуры полного расплавления припоя в результате контактных реакций. После выдержки. обеспечивающей смачивание паяемых поверхностей припоем, производят охлаждение изделий до комнатной температуры,Недостатками известного спо Яются сложная технология изгот исборки под пайку многослойного припоя,необходимость пайки в вакууме 1010 мм рт.ст. или защитной атмосфереинертного газа, что создает определенныетрудности, заключающиеся в необходимости применять сложную и дорогостоящуювысоковакуумную аппаратуру, При болеенизком вакууме происходит окисление активной составляющей припоя, что не позволит осуществить качественную пайку, 10Целью изобретения является повышение экономичности способа путем снижения .энергозатрат, времени и глубинызащитного вакуума до 10- 10Па,Указанная цель достигается размещением между соединяемыми поверхностямифольги припоя на основе меди и титана сдобавкой легкоплавких металлов из группыолово, свинец, индий и их сплавов, нагрев ввакууме 10 - 10 Па до температуры плавления и охлаждение, причем в качестве припоя используют фольгу меднотитановогоэвтектического сплава, которую предварительно покрывают слоем указанного легкоплавкого металла в количестве 5 - 30 от 25общей массы припоя, а нагрев ведут со скоростью, определяемой соотношением1 5 Р 057, 105где Р - остаточное давление разрежения,мм рт.ст, 30Способ позволяет значительно (=бОО)сократить затраты на электроэнергию, неухудшая качество паяных соединений, и исключить использование дорогостоящей высоковакуумной аппаратуры, 35В процессе пайки легкоплавкие компоненты предохраняют активный сплав отокисления остаточным кислородом, сначалаво время нагрева под пайку, создавая защитную пленку, затем в момент расплавления припоя, легируя активный сплав иповышая стойкость всего припоя к окислению. Это все становится возможнымприсоблюдении нижнего количественного предела состава легкоплавких компонентов и 45определенной скорости нагрева, зависящейот давления остаточных газов в камере, Приколичестве плакирующих легкоплавких компонентов менее 5 от общей массы припояи одновременно вакууме, близком к 10 мм 50рт,стрезко возрастает окисление активного сплава еще до момента его расплавления, Тоже самое происходит при нарушениискоростного соотношения при нагреве подпайку, При количестве же плакируемых легкоплавких компонентов более 30 от общей массы припоя возрастает пластичностьприпоя и снижается прочность спая, Соотношение, определяющее скорость нагревав зависимости от величины давления вакуума, в камере получено эмпирически из серии экспериментов,П р и м е р, При изготовлении вакуумнойкамеры прецизионного прибора соединяютпри помощи пайки две керамические полусферы, изготовленные из керамики А 995.По стыку полусфер размещают трехслойныйприпой, состоящий из меднотитановойфольги эвтектического состава толщиной0,15 мм, которая плакирована легкоплавкимметаллом оловом. индием или свинцом, илиих сплавами, Толщина плакирующего слоявыбирается такой, чтобы получить соотношение компонентов 95 - 70СОТ и 5 - 30легкоплавкой составляющей. Собранныйдля пайки узел помещают внутри цилиндрического нагревателя в рабочем объеме вакуумной технологической установки (ВУП).Пайку проводят при давлении 10 - 10 ммрт,ст. Из этих условий по указанной формуле вычисляют минимальную скорость нагрева паяемого узла. Принимают скоростьподъема температуры на 10 выше вычисленной. Температуру изменяют хромельалюминиевой термопарой. В качествеиндикатора температуры применяют цифровой прибор Щ 68000.Результаты различных вариантов пайкисведены в таблицу. Здесь же даны результаты испытаний паяных соединений на прочность. Термоциклирование производят порежиму: (+200) - ( - 79)С, при этом трещиныв керамике и паяном шве отсутствуют, вакуумная плотность соединения не изменяетсяпо сравнению с первоначальной.Формула изобретенияСпособ пайки керамики с металлами инеметаллами, включающий размещениемежду соединяемыми поверхностями фольги припоя на основе меди, титана с.добавкой легкоплавких металлов из группы:олово, свинец, индий и их сплавов, нагрев ввакууме до температуры плавления припояи охлаждение, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения экономичности способапутем снижения энергозатрат, времени иглубины защитного вакуума до 1010 Па, в качестве припоя используют фольгу эвтектического сплава медь - титан, которую предварительно покрывают слоемлегкоплавкого металла в количестве 5 - 30от общей массы припоя, а нагрев ведут соскоростью, определяемой из соотношения5 Р 0,57 . 105где Р - остаточное давление разрежения,мм рт,ст.1742269101520253035Составитель Г, РумянцеваРедактор Н. Рогулич Техред М.Моргентал Корректор Э, ЛончаковаЗаказ 2259 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101