Способ диффузионной сварки оксидной керамики с медью

 

Изобретение относится к диффузионной сварке и может быть использовано в электронной, электротехнической и других отраслях промышленности . Цель изобретения - повышение качества сварного соединения. Между свариваемыми поверхностями деталей из оксидной керамики и меди располагают промежуточную прокладку, содержащую мелкодисперсные порошки меди и 30-40 мас.% легкоплавкого стекла. Детали нагревают до 750 - 800 С, сдавливают усилием 1-3 МПа и осуществляют изотермическую выдержку в течение 30-40 мин. В процессе сварки компоненты стекла взаимодействуют с кристаллической фазой керамики с образованием химических соединений. Оксид меди, присутствующий на поверхности , растворяется в стекле, очищая поверхность и активизируя диффузионные процессы. с (О (А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4674559/27 (22) 06.04.89 (46) 07.04.91. Бюл. 11- 13 (71) Московский авиационный технологический институт им. К.З.Циолковского (72) А.В. Сергеев, И.Е. Тихонова, Ф.M.Ñàëüêoâñêèé, В.А.Трифонов,, В.М.Рюмшин, Г.И.Резниченко и Л.И.Сизова (53) 621.791,66 (088.8) (56) Патент Японии У 57-149893, кл. С 04 В 37/02, 1984. (54) СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ ОКСИДНОИ КЕРА?ЯКИ С МЕДЬЮ (57) Изобретение относится к диффузионной сварке и может быть использовано в электронной, электротех-!

Изобретение относится к диффузионной сварке и может быть использовано в электронной, электротехнической и других отраслях промьппленности.

Целью изобретения является повышение качества сварного соединения.

Способ осуществляют следующим образом.

Между свариваемыми поверхностями деталей из оксидной керамики и меди располагают промежуточную прокладку, содержащую мелкодисперсные порошки меди и 30-40 мас.7. легкоплавкого, стекла, детали нагревают до 750—

800 С, сдавливают усилием 1-3 МПа и о осуществляют изотермическую выдержку. в течение 30 — 40 мин. После сварки

„„ЯВЛЮ 1 А1 (51)S В.23 К 20/!6

2 нической и других отраслях промышленности. Цель изобретения — повышение качества сварного соединения.

Между свариваемыми поверхностями деталей из оксидной керамики и меди располагают промежуточную прокладку, содержащую мелкодисперсные порошки меди и 30-40 мас,7 легкоплавкого стекла. Детали нагревают до 750—

800 С, сдавливают усилием 1-3 МПа и осуществляют изотермическую выдержку в течение 30-40 мин. В процессе сварки компоненты стекла взаимодействуют с кристаллической фазой керамики с образованием химических соединений.

Оксид меди, присутствующий на поверхности, растворяется в стекле, очищая поверхность и активизируя диффузионные процессы.

Cb детали охлаждают под нагрузкой до САР комнатной температуры. Ф

В период нагрева в зоне соединения протекают следующие процессы.При мыл температуре 500 — 550 С стекло актив- © но расплавляется и заполняет микронеровности на поверхности меди и керамики. Химического взаимодействия между оксидами соединяемых материалов, как установлено рентгеноструктурными исследованиями, не происходит.

С повышением температуры до 750-800 С о оксид свинца, входящий в состав стекла, взаимодействует с оксидом алюминия с образованием соединения

РЬ(А10) и меди с образованием

Си РЬОа.

163.9919

При формировании соединения

CusPbO8 поверхность меди очищается от оксидов, и атомы меди из порошка, присутствующего в прокладке и соеди5 няемой меди; обладая высокой диффузионной подвижностью при 750 — 800 С, активно диффундируют в керамику,образуя твердые растворы в стеклофазе керамики, расположенной по границам зерен корунда.

Таким образом, образование соединения обеспечивается процессами химического взаимодействия между оксидами с образованием прочных химических связей и диффузионными процессами между очищенными металлом и стеклофазой керамики с образованием . твердых растворов, что позволяет повысить качество сварного соединения.

Несмотря на то, что керамика является теплоизолятором, дополнительное введение теплоизоляционного ма териала (стекла) в зону соединения нежелательно, так как может ухудшить теплоотвод от прибора к подложке.

Поэтому введение порошка стекла в зону соединения необходимо не только для повьппения прочности, а также с целью улучшения теплоотвода. 30

При содержании стекла более

40 мас.Ж тейлопроводность переходного слоя снижается. При содержании стекла менее 30 мас.7. не происходит образования соединения по всей плос- кости прилегания из-за недостатка оксидов стекла, взаимодействующих с оксидами алюминия и меди. Прочность соединения снижается.

При температуре ниже 750 С медь 40 не обладает достаточной диффузионной подвижностью, поэтому соединение, полученное только за счет химического взаимодействия оксидов (при Т

700 — 740 С), менее прочно. Увели- 45 чение температуры сварки выше 800 С приводит к деформации деталей из меди, что в ряде случаев является недопустимым.

Усилие сжатия в пределах 1-3 МПа 0 является необходимым и достаточным для создания физического контакта между соединяемыми материалами. Увеличение давления свыше 3 МПа приводит к выдавливанию расплавленного стекла из зоны соединения.

Время изотермической выдержки 30—

40 мин обеспечивает наиболее полное протекание 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

Cu, После 30-минутной выдержки обнаружено также соединение РЪ(А10 ), После охлаждения до комнатной температуры образцы подвергают испытанию на прочность и термоциклирование: жидкий азот (-190 С) — кипящая вода о (+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

22ХС по всей плоскости напыляли порошкообразную мелкодисперсную композицию стекла состава, мас.7.: PbO

26 - 43; В Оз. 22-31; ZnO 12-32;

ЯдОа 13 — 13 А1аОз О 3 0 5 MnOg

0,2 — 0 5; СиО 0,2-2,0; CdO 0,2-0 5;

Р О О, 2 — 1, 2, с мелк одисперсным порошком меди (5 — 7 мкм) при соотношении компонентов, мас.%: стекло

35; Си 65, толщиной 20 — 40 мкм. Затем керамическую деталь устанавливали на предварительно обезжиренную поверхность пластины из меди М-1 таким 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/мм °

Формула изобретения

Способ диффузионной сварки оксидной керамики с медью, при котором между свариваемыми поверхностями

16399) Составитель В.Петросян Редактор О,.Юрковецкая Техред С,Мигунова Корректор Т.Малец (Заказ 986 Тираж 528 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

I13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 деталей располагают промежуточную прокладку, содержащую порошок меди, детали нагревают, сдавливают и осу" ществляют изотермическую выдержку, отличающий с я тем что, с целью повышения качества сварного соединения, в промежуточную прокладI

9 6 ку добавляют 30-40Х мелкодисперсно-, го порошка легкоплавкого стекла, а медь берут также в мелкодисперсном состоянии, причем нагрев осуществляют до 750-800 С, сдавливание — усилием 1-3 МПа, а изотермическую выдержку — в течение 30-40 мин.