Стекло для спаивания стекла с металлом

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sI)s С 03 С 8/24

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО. СССР (I OCIlATEHT CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1,0-1,5

Остальное

Фтористый кальций

Двуокись кремния

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4909924/33 (22) 11.02.91 (46) 30.03.93. Бюл. М 12 (71) Научно-исследовательский институт технологии машиностроения (72) Е.В.Аронский, Н.К.Цапалова, С.С.Молокин, Т.А.Максимова и Ю.M.Êàíîâ (56) Авторское свидетельство СССР

Я 1423516, кл. С 03 С 8/24, 1988.

Патент Японии N 61 — 4781, кл. С 03 С 3/091, 1986;

Изобретение относится к технологии силикатов и может быть использовано при изготовлении спаев для соединения металла со стеклом, в частности, медицинском приборостроении при изготовлении медицинского шприца, для спаивания стеклянного цилиндра и титанового наконечника, Целью изобретения является снижение температуры размягчения стекла.

Поставленная цель достигается тем, что в состав стекла для спаивания с металлом, содержащего двуокись кремния, борный ангидрид, окись .алюминия, окись йатрия, окись калия, окись лития, двуокись титана дополнительно введен фтористый кальций, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас. :

Двуокись титана 15,0-21,0

Борный ангидрид 8.0 — 18,0

Окйсь алюминия 1;0-3,0

Окись кальция 5,0-10,0

Окись натрия 12,0-22;5

Окись лития 1,0 — 4,0

„„ Ц„„18051О4 А1 (54) СТЕКЛО ДЛЯ СПАИВАНИЯ СТЕКЛА С

METAJlflOM (57) Сущность изобретения: стекло для спаивания стекла с металлом имеет следующий состав, мас. : двуокись титана 15,0 — 21,0

БФ Ti02; борный ангидрид 8,0-18,0 БФ

В ОЗ; окись алюминия 1,0 — 3,0 БФ А120з; окись калия 5,0 — 10,0 БФ К20; окись натрия

12,0-22,5 БФ йа20; окись лития 1,0-4,0 БФ

LizO; фтористый кальций 1,0 — 1,5 БФ СаРр; двуокись кремния - остальное БФ ВОг. Характеристика стекла: температура начала размягчения 440 — 460 С, конца размягчения

500 — 520 С. 1 табл. техническая сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что фтористый кальций в сочетании с повышенной концентрацией активных щелочных компонентов — окиси натрия, окиси калия, окиси (ф лития вызывает появление жидкой фазы в () стекле для спаивания при более низких тем- (Л пературах. Это объясняется тем, что введение фтористого кальция способствует ослаблению координационных связей в структуре стекла. Цепочки тетраэдров рас- + щепляются на мелкие части, вследствие чего снижается температура размягчения стекла. и

При содержании двуокиси титана в стекле более 21,0 мас. а фтористого кальция более 1,5 мас. при температуре "спа- . ивания" обнаруживается склонность стекла к выделению кристаллов фторидс в и рутила, т.е. к кристаллизации, вследствие чего ухудшается его растекание на металле.

1805104

При содержании двуокиси титана и фтористого кальция в стекле менее 15,0 и 1,0 мас.% (соответственно) произойдет расслоение стекла, снижение его химической стойкость и в результате такой состав не может быть использован в качестве припоя.

Тоже самое произойдет если содержание щелочных окислов (окиси натрия, окиси калия, окиси лития) в-:стекле будет соответственно.более, мас.%: 22,5, 10,0, 4,0, а окиси алюминия более 1,0 мас,%, Если содержание щелочных окислов будет соответственно менее, мас. : 12,0, 5,0, 1,0 стекло будет не пригодно для спаивания с металлом, т,к. изменится его температурная кривая вязкости, т.е. вязкость будет резко падать со снижением температуры, Одновременно с этим повысится и температура его размягчения, То же самое произойдет, если содержание борного ангидрида в стекле будет менее 8,0 мас.%, а окиси алю-. миния более 3,0 мас. . При содержании барного ангидрида в стекле более 18,0 мас.% значительно снизится вязкость стекла при высокой температуре, что может привести к нарушению сплошности спая и ухудшения его качества.

Сравнительный анализ показал, что предложенное техническое решение соответствует критериям "новизна" и "существенные отличия", поскольку заявленные признаки, отраженные в формуле изобретения, как в отдельности, так и их совокупность, не были обнаружены в данной и смежных областях науки и техники.

В соответствии с предлагаемым изобретением было приготовлено три состава стекол М 1 — 3, а также два состава N 4 — 5 с запредельными соотношениями компонентов. Одновременно было подготовлено стекло N. 6 известного состава по патенту

Японии М 61 †47, Стекла для спаев готовились сплавлением при температуре 1200 С шихты, представляющей собой смесь сырьевых материалов.

Исходные материалы для получения стекол составов N. 1-6: — кварцевый песок — ТУ 2339-79, для введения в состав стекла двуокиси кремния; — окись алюминия — ГОСТ 8136-76, для введения окиси алюминия; — борная кислота — ГОСТ 9556-75, для введения борного ангидрида; — двуокись титана — ТУ 609-2166-72, для введения двуокиси титана; — кальций углекислый (поташ) — ГОСТ

4221-76, для введения окиси калия;

40 — натрий углекислый (сода кальцинированная)- ГОСТ 5100 — 73, для введения окиси натрия; — литий углекислый — ТУ 6 —.09 — 3728-74, для введения окиси лития; — кальций фтористый — ТУ 6 — 09 — 5335—

87, для введениЯ фтористого кальция.

Дозировка сырьевых материалов при составлении шихты проводилась с учетом разложения и летучести компонентов при их сплавлении. Полученные при сплавлении стекла после сухой грануляции измельчались в вибромельнице М-10 до частиц не более 50 мкм.

Из измельченного порошка стекла готовилась навеска, к которой добавляли 3,0 мас. суспендирующей и связующей добавки, представляющей собой водный раствор борной кислоты с силикатом натрия.

Смесь хорошо перемешивали в ступке и наносили кисточкой на поверхность титанового наконечника.(ту часть поверхности, которая контактирует со стеклянным цилиндром). После высыхания нанесенного слоя на воздухе, титановый наконечник вставляли внутрь стеклянного цилиндра шприца.

Толщина слоя стекла составляла несколько микрон и соответствовала зазору между наконечником и внутренней поверхностью шейки стеклянного цилиндра. Соединенные таким образом части шприца устанавливали вертикально на подставку и помещали в нагретую до 500 С муфельную печь, где выдерживали 20 мин, в течение которых происходило сваривание стекла с металлом, После извлечения из печи шприцы охлаждали на воздухе.

При осмотре готовых шприцев (после охлаждения) было выявлено, что хорошее соединение было получено только со стеклами N 1-3, Качество спаивания в данном случае было хорошее. Использование для спаивания стекол составов N 4 — 6 дало плохие результаты.

Составы стекол для спаивания с металлом, их свойства и результаты проведенных экспериментов представлены в таблице.

Проведенные эксперименты показали эффективность применения стекол составов N 1 — 3 для спаивания их с титаном при температуре 500 С. Хорошее соединение стекла с титаном при этой температуре обеспечиваются эа счет низкой температуры размягчения стекол(тц 440 С, tf — 520 С) и хорошего рассекания их при температуре

500 С, Окисление металла при этой температуре не происходит, Составы стекол М 4 и 1Ф 6, вследствие повышенных температур размягчения (т9—

1805104

8 — 18

1 — 3

12-22,5

5-10

0,1-4

15-21

1-1,5 остальное.

В2Оз

А 203 йа20

К О

15 020

Т102

CaFz

SION

КОНТРОЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИПОЕЧНЫХ СТЕКОЛ температура. спаивания — 500 С. Время — 20 мин. материал — титан — стекло.

Продолжение таблицы

Состав мас, %

Стекло

Температура азмягчения, С фтористый кальий двуокись начала кремния конца

1,0

1,5

1,25

0,5

505

57,0

20,0

38,5

62,5

- 510

660

370 . 440

2,0

14,0

Известный состав (патент

Японии N 61 — 4781

510 670

64,7

505-510 С, tf — 660-670 С). при температуре 500 С не оплавляются и не образуют герметически плотного соединения.

Состав стекла N 5 при температуре

500 С также не образует герметически плотного соединения.

Состав стекла М 5 при температуре

500 С также не образует герметически плотного прочного соединительного шва, т.к. из-за повышенного содержания щелочных окислов (окисей натрия, калия,.лития) происходит расслоение расплава и стекание его с нанесенной поверхности.

Применение стекол N. 1 — 3 позволило проводить спаивание металла (титана) со стеклом при температуре 500 С, когда титан еще не окисляется и качество изделий получается хорошим.

Формула изобретения

Стекло для спаивания стекла с металлом. включающее Я!02. ВзОз, А!20з, NazO, 5 К20, О20. Т)02, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения температуры размягчения, оно дополнительно содержит CaF? при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Качество соединительного шва и его герметичность

Хорошее

Хорошее

Хорошее

Плохое, герметичность нарушена, спая нет, нанесенный слой не оплавлен

Плохое, герметичность нарушена.

Стекло стекает не об аз я. спая.

Плохое; соединительный шов не сплавлен при этой температуре. Спая. металла со стеклом нет..