Способ получения молибденового покрытия на керамике

 

Использование: изготовление металлокерамических узлов в электротехнической, электронной и вакуумной технике. Сущность изобретения: молибденовое покрытие осаждают на керамику путем термического разложения паров гексакарбонила молибдена при давлении 1-50 Па. На керамику воздействуют излучением С02- лазера с интенсивностью 102-103 Вт/см2 и длительностью воздействия 1-100 с. Характеристика покрытия: детали из керамики ВК-94-1, металлизированные молибденом толщиной 3-10 мкм, спаянные припоем ПСР 25Ф с деталями из железоникелевого сплава, имеют прочность спая 420-450 МПа, выдерживают 50 термоциклов (20-600- 20°С) без потери вакуум-плотности. 1 табл. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) О)) (si)s С 04 В 41/88

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗО6РЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4758906/33 (22) 16.11,89 (46) 07.10.92. Бюл, М 37 (71) Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений и Производственное объединение "Минусинский электротехнический промышленный комплекс" (72) А.Н,Скачков, В.И.Черняк, И.Ф.Хлебороб, С.В.Парфенов, Ю.А.Адамова, В.Г.Сыркин, А.А.Уэльский, М,А,Хацернов, В.А,Чепуров, А.С.Победимов и В, В.Крафт (56) Авторское свидетельство СССР

М 653237, кл. С 04 В 41/88, 1977, Сыркин В.Г. Газофазная металлизация через карбонилы. М.: Металлургия, 1985, с.

150 — 154.

Изобретение относится к получению металлизированной корундовой керамики и может быть использовано для изготовления металлокерамических узлов (спаев) в электротехнической, электронной и вакуумной технике, Условия эксплуатации предъявляют требования к качеству металлокерамических узлов: вакуумная плотность, высокая механическая прочность, термостойкость.

Одним из основных материалов, применяемых для покрытия поверхности керамических изделий, является молибден, который по своим свойствам занимает промежуточное положение между керамикой и металлами, которые используют для формирования металлокерамических узлов.

Известен способ получения молибденового покрытия на поверхности стекла при разложении карбонила молибдена под воэ(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЛИБДЕНОВОГО ПОКРЫТИЯ НА КЕРАМИКЕ (57) Использование: изготовление металлокерамических узлов в электротехнической, электронной и вакуумной технике, Сущность изобретения: молибденовое покрытие осаждают на керамику путем термического разложения паров гексакарбонила молибдена при давлении 1-50 Па.

На керамику воздействуют излучением C0zлазера с интенсивностью 102-103 Вт/см и длительностью воздействия 1-100 с. Характеристика покрытия: детали из керамики

ВК-94-1, металлизированные молибденом толщиной 3 — 10 мкм, спаянные припоем

ПСР 25Ф с деталями из железоникелевого сплава, имеют прочность спая 420-450 МПа, выдерживают 50 термоциклов (20-60020 С) без потери вакуум-плотности. 1 табл, действием излучения эксимерного лазера (длина волны 0,198 мкм, длительность облучения 120 с). Механическая прочность на отрыв полученного металлического покрытия (толщиной 0,1 — 0,5 мкм) составляла

55 МПа. Столь низкая прочность является недостатком данного метода, Наиболее близким по достигаемому техническому эффекту к предлагаемому и принятым за прототип является способ получения молибденового покрытия на нагретой до 250 — 900 С подложке из графита за счет термического разложения паров гексакарбонила молибдена при давлении 1—

15 Па, Однако указанный способ не обеспечивает высоких термомеханических свойств покрытий (а значит, и металлокерамических спаев).

1766894

Целью изобретения является повышение механической прочности, вакуумной плотности и термостойкости покрытия.

Для этого молибденовое покрытие получают путем термического разложения гексакарбонила молибдена при давлении

1 — 50 Па, причем термическое разложение осуществляют облучением поверхности кег: рамики СО -лазером с интенсивь стью 10

10 Вт/см и длительностью воз„ействия 1 — 100 с, Сущность способа заключается в следующем.

Реактор с помещенным в него образцом из керамики 22ХС вакуумировали до остаточного давления 0,1 Па и при непрерывном вакуумировании подавали в него из сублиматора пары карбонила молибдена до заданного давления, Излучение COz-лазера через окно из NaCI подают в реактор перпендикулярно поверхности образца. Интенсивность излучения варьируют путем изменения мощности лазера или с помощью собирающей линзы. Длительность лазерного воздействия варьировали с помощью дискового затвора. Излучение COzлазера эффективно поглощается керамикой и нагревает ее приповерхностный слой, в то время как весь образец и стенки реактора остаются холодными. Находящийся в реакторе в виде паров карбонил разлагается на локально нагретой поверхности керамики с образованием молибдена и окиси углерода, Толщину, морфологию и элементный состав покрытия определяли с помощью сканирующего электронного микроскопа фирмы "Филипс". Толщина получаемых молибденовых покрытий составляет несколько микрометров, Морфология покрытия представляет собой однородную мелкокристаллическую плотную структуру. Массовый состав покрытия: Мо — 98%, С вЂ” 2%. Анализ распределения молибдена в образце показал, что молибден диффундирует в толщу керамики на глубину до 20 мкм, Именно это и обеспечивает высокую механическую прочность сцепления молибденового покрытия с керамическим образцом.

Качество полученного молибденового покрытия исследовалось после химического нанесения на его поверхность слоя никеля толщиной 10-12 мкм (для улучшения растекания припоя) и пайки по следующей методике. На поверхность металлизированной керамики помещали проволоку из сплава

ПСр 25ф (припой). На нее клали электрод из железоникелевого сплава, который подгружали усилием 0,2 — 0,5 кг/см поверхности

2 спая. Затем выдерживали в печи при 820 С втечение 2 мин при небольшом избыточном по отношению к атмосферному давлению водорода, Механическая прочность спаев определялась на разрывных машинах МР-05 и

5 РМ-500, вакуумная плотность — на высоковакуумной установке (10 мкПа). Проверялась вакуумная плотность как исходных спаев, так и после 50 термоциклов 20 — 60020 С.

Разрушение металлокерамических спаев, полученных предлагаемым способом, происходило по корундовой керамике, что

10 указывает на высокую прочность соединения молибдена с керамикой.

Пример.

В реактор помещают керамический образец, вакуумируют до давления 0,1 Па и при непрерывной откачке подают пары гексакарбонила молибдена до давления

20 1 — 50 Па, Излучением COz-лазера интенсивностью 10 — 10 Вт/см воздействуют на поверхно"ть корундового образца в течение

1 — 100:, После этого прекращают подачу карбонила, выключают вакуумный насос, 25 подают в реактор воздух и вынимают образец. Толщина молибденового покрытия составляет 3 — 10 мкм, Механическая прочность спаев на изгиб (после никелирования молибденового покрытия и пайки се30 ребряным припоем электрода) составляла

420 — 450 МПа в 100 случаев (см. таблицу).

Количество вакуумно- плотных спаев до термоциклирования составляет 100, после 50 термоциклов 20 — 600 20 С вЂ” 80 — 100%. Меха35 ническая прочность после термоциклирования снижается на 5-7%.

Предлагаемый способ получения молибденового покрытия на керамике по сравнению с известными позволяет получать

40 вакуумно-плотные спаи металла с корундовой керамикой, обладающие в полтора раза большей механической прочностью и повышеннсф термостойкостью (сохранение вакуумной плотности и прочности после 50

45 термоциклов вместо 30). Кроме того, предлагаемый способ позволит сократить энергозатраты на получение молибденового покрытия в пять раз и увеличить выход готовой продукции в два раза, Повышение меха50 нической прочности и термической стойкости вакуумно-плотных металлокерамических спаев увеличит надежность и долговечность работы электровакуумных приборовэлектронной,электротехнической

55 и другой техники.

Формула изобретения

1. Способ получения молибденового покрытия на керамике путем нагрева керамики в парах гексакарбонила молибдена при давлении ниже атмосферного, о т л и ч а ю1766894

Составитель В,Черняк

Техред М.Моргентал Корректор 3.Салко

Редактор

Заказ 3519 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 шийся тем, что, с целью повышения механической прочности, вакуумной плотности и термостойкости покрытия, нагрев осуществляют облучением поверхности керамики СОг-лазером с интенсивностью

102-10 Вт/см и длительностью воздейст2 з вия 1-100 с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ведут при давлении 15 50 lla,