Способ получения несогласованных охватывающих спаев диэлектрика с металлами

(54) СПОСОБ ПОУЧЕНИЯ НЕСОГЛАСОВАННЫХ ОХВАТЫВАЮШИХ СПАЕВ ДИЭЛЕКТРИКА С МЕТАЛЛАМИИзобретение относится к способам йз= готовления спаев диэлектриков с металлами и может быть использовано в электронной, приборостроительной, ядерной и космической технике.Для получения несогласованных охва "тывающих спаев диэлектриков с металлами известен способ непосредственной пайки диэлектрика с металлической арматурой, при этом диаметр соединения ограничен 20-50 мм 1.Наиболее стабильные и высокие термомеханические характеристики металлодиэлектрических спаев наблюдаются при пайке с манжетами из титана. Это объясняется тем, что термический коэффициент линейного расширения (ТКЛР) титана весьма близок к большинству диэлектриков, а его высокие механические характеристики приводят к тому, что спай диэлектрика с металлами находится в сжатом состоянии до 700-750 с С.Однако получение подобцдх спаев связано с испсиьдснянисдм млнолроизводительного печного вакуумного оборудования или специальных печей с защитной средой инертных газов, Кроме того, по техническим условиям эксплуатации титановая арматура далеко не всегда удовлетворяет требования, предъявляемые к манжетам, соединяемым с диэлектриком, так как необходимо применение таких металлов и сплавов как медь, никель, нержавеющая сталь, которые имеют значитель ,но больший,чем у диэлектрика ТКЛР.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения несогласованных охватывающих спаев диэлектрика с металлами путем сборки диэлектрической детали и металлической манжеты с бандажом с последующей пайкой 2.Для расширения диапазона использования охватывающих спаев диэлектриков с металлами, имеющими ТКЛР больший, чем у диэлектрика, применяют съемные и несъемные бандажи из металлов с низким ТКЛР, например из молибдена, вольф20 ние 60 мин,5 85707рама, при этом необходим весьма точныйвыбор соответствующего внутреннего диаметра бандажа, так как в противномслучае из-эа малой или большой величины зазора между диэлектриком и металлом не удается получить качественнййпаяный шов,Кроме того, недостатком способаявляется малая термическая стойкостьметалподиэлектрических спаев, так как:в случае съемных и несъемных бандажейпри последующих нагревах спай испытывает напряжения растяжения, приводящие кразрушению диэлектрика, а в случае несъемных бандажей в виде припаеваемыхколец иэ молибдена резко повышается жесткость манжеты, что приводит к раарушениюспаев под действием как растягивающих,так и окружных напряжений.Недостатком несъемных бандажей является также их высокая стоимость инизкая термохимическая устойчивость вокислитепьной среде, приводящая к ихполному разрушению в результате окисления в процессе эксплуатации при повышен 25ных температурах.Цель изобретейия - повышение термомеханической прочности сная в радикальном направлении и термохимической стойкости металподиэпектрического узла, атакже удешевление процесса.30Поставленная цель достигается за счеттого, что в способе получения несогласованных охватывающих спаев диэлектрика с металлами путем сборки диэлектрической детали и металлической манжеты З 5с, бандажом с последующей пайкой, бандаж изготавливают из титана или егосплавов и перед сборкой его окисляют ввоздушной среде при 600-800 С втечение 0,5-3 ч, Кроме того пайку оосуществляют в среде азота и водорода,при содержании последнего 3-80 об, %Повышение термической и механической надежности спаев, выполненных попредлагаемому способу, обеспечивается 5следующими факторами.Как известно, ТКЛР титана линейновозрастает с температурой и несколькобольше, чем у большинства известныхкерамических (алюмооксидных, бериллиевых и др.) материалов, а также сапфираи ряда технических стекол. В то жевремя он существенно ниже, чем у конструкционных металлов, используемых жеты с диэлектриком позволяет создатьгарантированный капилярный зазор междуманжетой и диэлектриком дпя заполнения,припоЕм и хорошего формирования паяного шва. После пайки титановый бандаж обеспечивает возникновение и спаесжимающих радиальных; напряжений, которые сохраняются при последующих циклах нагрева и охлаждения, что исключа-,ет появление опасных для металлодиэпектрического соединения растягивающих напряжений и приводит к повышению термической и механической надежности соединения.Предварительное окисление титановогобандажа или его. оксидироваиие предотвращает взаимодействие титана с металлической манжетой, которое могло бы привести к образованию легкоплавких эвтектик, а также исключает возможное ь диффузионное сцепление бандажа с манжетой,в результате чего практически полностьюснимаются окружные налряжения, действующие в металподиэлектрическом спае,Кроме того, окисная пленка замедляетдиффузию водорода в титан при его нагреве и восстан 9 вительной среде и позволяет осуществлять пайку сборочных единиц в печах с защитной азотно-водороднойгазовой средой,Окисление титанового бандажа производят при 600-800 С соответственно вотечение 3-0,5 ч. При снижении температуры окисления пайки 600 С образующаяася пленка недостаточна для надежной зашиты титана, в результате чего бандажне будет выполнять указанную выше функцию. Окисление титана выше 800 Сприводит к изменению свойств титановогобандажа. Предлагаемым способом возможно по:- лучить надежные спаи, например полупроводников с металлами, при использовании титанового бандажа., П р и м е р. Для получения охватывающего спая керамического диска диаметром 120 мм и толщиной 4 мм с медной манжетой 0,8 мм готовят бандаж из титанового сплава марки ВТв виде кольца топШиной 4 мм и высотой, равной толщине диска. Перед сборкой в узел бандаж окиспяют в воздушной среде при 700 С в тече- о55 8 несогласованных спаях с диэлектриками, таких как медь, никель, нержавеющая сталь и др. Использование титанового бандажа при пайке металлической манПайку узлов осуществляют припоемПСрВ в среде азота с добавлением3-50 об. % водорода. Во всех случаяхЗаказ 7 17 8/34 Тираж 660 Подписное В НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-ЗЙ, Раушская наб., д. 4/5филиал ППППатент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 получают надежные вакуумно-плотные соединенияАналогичные узлы, спаянные в среде одного азота, имеют выход годных около 70%, что объясняется окислением меди в процессе пайки и худшим формированием паяиогошва из-за плохой смачиваемости меди припоем.При пайке в среде чистого водорода после пребывания при повышенной темпе ратуре более 60 мин бандаж начинает разрушаться за счет поглощения водорода. Поэтому рекомендуемой газовой средой являешься смесь азота с водородом при содержании водорода от 3 до 50%. ИМеханическая прочность титана после пайки в азотно-водородной среде возрастает на 6-11% от исходной, что влияет на надежность спаев.В соответствии с предлагаемым спосоьом получены надежные металлодиэлектрические соединения с керамикой 22 ХС, со стеклом н сапфиром. фор мула изобретения1. Способ получения несогласованных 25 охватывающих спаев. диэлектрика с метал 79 6лами путем сборки диэлектрической двтвд лнимвталлической манжеты с бандажом с последующей пайкой, а т и и ч а вщ и й с я тем, что, с пвльв повышения термомеханичвской прочности сная в радиальном направлении и термохимической стойкости металло-,дйвлектрического узла, бандаж взготавливают из титана или его сплавов и перед сборкой его окисляют в воздуаной среде при 600- 800 С в течение 0,8-3 ч.2. Способ по п.3. в т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью удешевления процесса пайку осуществляют в среде фэо" та и водорода при содержании последнего 3-80 об.% Источники информации,.принятые во внимание при экспертизе.1., Преснов В. А, и др. Керамика и ееспаи с металлом в технике. М., Атомиздат, 1969, с. 189-207. 2 Батыгин В. Н. и др. Вакуумоплотная керамика и ее спаи с металлом.М" Энергия, 1973, с. 315-322.