Способ металлизации неметаллических материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХссюиьиюмннижРЕСПУБЛИК аю а 359 С 04 В 41/14 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /;Н ВТОРСНОМУ СВдатВЛьСтВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ЩНРЫТИЙ(56) 1. Журавлев В.С. и др. Смачиваемость оксидных материалов ниэкотемпературными припоями, содержащими присадки межфазноактивныхэлементов. - "Сварочное производство", 1972, У 2, с. 6-8.,2. Блэклей Т., Уайт А, Материалына основе Ая-А 1 О . - В сб,: Жаропрочные и коррозионностойкие металлокерамические материалы, М.,Оборонгиз, 1959, с, 343-351.3. Малахов А.И. Жуков А.П. Основы металловедения и теории коррозии. М., "Высшая школа", 1978,с. 167.4. Найдич Ю.В. и др. Пайка и металлизация,.сверхтвердых инструментальных материалов. Киев, "Наукова думка", 1977, с. 65.5. Лашко Н.Ф., Лашко-Авакян С.В.Пайка металлов, М., Машгиэ, 1959,с. 442.6. Патент Франции Р 2046314,кл. С 03 С 17/00, опублик. 1971(54) (57) СПОСОБ МЕТАЛЛИЗА 1 тИИ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ путем натирания их поверхности сплавом на основе алюминия или силумина, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью .по. вышения адгезии, в состав сплава для покрытия дополнительно вводят более ЗОБ германия, а нанесение покрытия осуществляют расплавом при .450-500 С15 25 Существенным недостатком такогоспособа является необходимость применения дорогостоящего металла,т.е. серебра,Известен способ металлизацииматериалов путем погружения в металлический расплав, например врасплав алюминия 3 .Недостатком известного способа 50является очень высокая температурарасплава.Так, для металлизации алюмооксидной керамики температура расплава алюминия должна превышать 1000- 551100 С, что обусловлено высокой тем.пературой (более 1000 С) смачиваниярасплавом алюминия алюмооксидной Изобретение относится к областиполучения металлических покрытийна неметаллических материалах и можетбыть использовано в электроннойпромьппленности при изготовлении полупроводниковых приборов, интегральных схем, в частности для локальнойметаллизации деталей, изготовленныхиз керамики, феррита и других неметаллических материалов. 10Известен способ металлизации керамики из стекла в вакууме, состоящий в нанесении слоя титанового порошка на поверхность керамики, размещения на этом слое навески излегкоплавкого металла или сплава,последующего нагрева до 550-600 С,выдержки при этой температуре иохлаждения до комнатной температу-.ры, В данном случае расплав легкоплавкого металла (Яп, 1 п и др.)пропитывает слой титанового порошка и смачивает поверхность керамики из-за большого химическогосредства титана к кислороду Г 13,Недостатками этого способа являются большая трудоемкость и длительность процесса, необходимостьналичия вакуумных печей, низкаяпроизводительность процесса, а также неконтролируемое растеканиелегкоплавкого расплава,Известен способ металлизацииалюмооксидной керамики на воздухепутем нанесения на поверхность керамики слоя порошка окиси меди ипоследующего расплавления на нейнавески серебра. Расплав серебрасмачивает керамику из-за наличияв расплаве межфазноактивного компонента - кислорода 23 керамики 4и наличием плотной окисной пленки А 105 на поверхности расплава алюминия.Данный способ также неприемлем в тех случаях, когда необходимо нанести локальную металлизацию.Известен также способ металлизации материалов, в том числе и не- металлических (стекла, керамики), путем натирания поверхности металлическим расплавом на воздухе. В этом случае применяются легкоплав. кие сплавы систем Бпп, РЪп, а натирание осуществляют с помощью вращающегося металлического диска или низкочастотного или ультразвукового вибратора, осуществляющего возаратно-поступательные перемещения инструмента 5Недостатком указанного способа металлизации, который используется в основном для подготовки поверхности к лайке, является низкая адгезия металлического покрытия к поверхности неметаллического материала, например алюмооксидной керамики, что обусловлено слабым химическим средством легкоплавких металлов (РЬ, Яп, 1 п) к кислороду. Кроме того, покрытие из таких металлов или их сплавов обладает низкой коррозионной стойкостью.Н аиболее близким к изобретениюявляется способ металлизации не- металлических материалов, например стекла или керамики, путем натирания их поверхности стержнем из сплава, содержащего алюминий и до 127 компонента из группы сурма, кремний, цинк б 3.Способ прост, удобен в употреблении, однако адгезия получаемого окрытия к поверхности подложки едостаточна.Целью изобретения является повышение адгезии.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу металлизации неметаллических материалов путем натирания их поверхности сплавом на основе алюминия или силумина, в состав сплава для покрытия дополнительно вводят более ЗОХ германия, а нанесение покрытия осуществляют расплавом при 450-500 С.Сущность изобретения состоит в том, что обнаружено свойство жидких автоматических сплавов алюми- .10 15 20 эвтектических сплавах с германием икремйием. Кроме того, сами по себегерманий и кремний также являютсяадгезионно-активными элементами поотношению к различным неметаллическимматериалам. Образованию прочности сцепления покрытий из сплавовА 1-Се, А 1-Се-Я. с поверхностью неметаллического материала способствует также и то, что в процессе натирания металлического расплава окисная пленка на поверхности расплаваразрушается и удаляется из зоны контакта расплава с твердым неметаллическим материалом. С другой стороны, высокая адгезия металлических покрытий может быть обусловлена и наличием в расплаве кислорода, который является высоко адгезионно-активным компонентом при смачивании окислов жидкими металлами.Применение для металлизации различных по составу сплавов алюминия с германием (кремнием) вызвано не- ,обходимостью получать металлические 1 покрытия с различными Физическими свойствами. Так, использование спла 50 ния с германием и кремнием хорошосмачивать поверхность различныхнеметаллических материалов при натирании на воздухе или в среде защитных газов, например в атмосфере азота, при 450 С и выше. Примеонение защитных газов, в частностиазота, который обдувает деталь изнеметаллического материала, вызвано в ряде случаев наличием на детали из неметаллического материаладругих ранее нанесенных металлических покрытий, окисление которыхне допускается.Прочность сцепления покрытия,состоящего из сплавов алюминия сгерманием и кремнием, с поверхностью неметаллического материалаочень высокая.Обнаруженное свойствоорошейсмачиваемости алюмооксидной керамики и других неметаллических материалов расплавами А 1-Се илиМ-Се-Ях и высокой адгезии металлического покрытия к поверхности не.металлического материала после кристаллизации расплава, содержащего А 1,Ях, Се, по-видимому, обусловленобольшим химическим средством алюминия к кислороду и высокой термоди- З 0намической активностью алюминия в ва алюминий - германий - кремний посравнению со сплавом алюминий - герма-.ний позволяет повысить пластичностьметаллического покрытия, а также рабочую температуру покрытия на 50- 100 С.П р и м е р 1. Проводят металлизацию полированных подложек из поли- кора, меррита ФГсапира, карбида кремния путем натирания жидким сплавом алюминий-германий (Се 54 вес.7., А 1 46 вес,7,) прио450 С. Натирание осуществляют вручную на воздухе или под струей азота посредством круговых или возвратно- поступательных перемещений инструмента.Время металлизации путем натирания зависит от общей площади металлизации. Так, локальное нанесение металлизации на площадку размером 10 х 10 мм осуществляют в течение нескольких секунд.После металлизации подложек.определяют прочность сцепления металлического покрытия с поверхностью неметаллической подложки путем среза. Прочность сцепления по рытия из сплава А 1-Се с поверхнотью поликора или сатира не менее 5,5 кгс/мм, а пля некоторых образцов превышает 8-10 кгс/мм . Прочность сцепления покрытия из сплава А 1-Се с поверхностью полированного феррита больше 6-6.,5 кгс/мм . В то же время прочность. сцепления покрытия из сплавов Япп, РЬ-Яп с поверхностью поликора в известном способе значительно ниже, а именно 0,56 кгс/мм, для Феррита 0,61 кгс/мм.ф П р и м е р 2. Аналогичным обра-. зом осуществляют металлизацию пластинок из поликора посредством тройного сплава А 1-Се-Яд (Яд 4 вес.Х, Се 30 вес.Ж, А 1 остальное). Натирание осуществляют при 520 С. Время натирания пластинки размером 10 х 10 мм не более 5-8 с. Прочность сцепления покрытия с поликоровой пластинкой также достаточно высокая (не менее 4 кгс/мм, а для отдельных образцов до 1 О кгс/мм). В таблице приведены данные по адгезии покрытия к подложке в зависимости от состава используемых сплавоТаким образом, использование предлагаемого способа металлизации1121252 содержащим Се, обеспечивает по сравнению с известными повышение прочности сцепления покрытия с неметаллическим материалом. неметаллических материалов, преимущественно материалов, состоящих изокислов металлов, путем натиранияповерхности, металлическим расплавом,Среднее арифметическое отклонение профиляповерхности подложки Ка, мкм Состав покрытия, вес. Й Способ Известный 10 Зд 90 А 1Заказ 7882/11 Тираж 605 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 54- Се 46- А 1 34 - Се 62 - А 1 6- Ях Температураподложки,ОС Сопротивлениесрезу покрытия к. подложке, кгс/мм