Гетерогенный активный припой для пайки металлокерамических и керамических вакуумно-плотных соединений



Гетерогенный активный припой для пайки металлокерамических и керамических вакуумно-плотных соединений
Гетерогенный активный припой для пайки металлокерамических и керамических вакуумно-плотных соединений
Гетерогенный активный припой для пайки металлокерамических и керамических вакуумно-плотных соединений
B23K103/18 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2717766:

Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" (RU)

Изобретение предназначено для получения паяных соединений деталей электровакуумного прибора, выполненных из керамики и металла. Гетерогенный активный припой состоит из фольги с нанесенным на нее активным металлом. Фольга выполнена из меди или из медно-серебряного сплава. Активный металл нанесен на фольгу с обеих сторон в количестве, составляющем 1,5-4 мас.% от массы фольги. В качестве активного металла использован титан, или цирконий, или их комбинация. Технический результат заключается в повышении эксплуатационных характеристик припоя, расширении технических возможностей по совместимости со спаиваемыми материалами, повышение адгезионных свойств и вакуумной плотности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для использования при пайке металлокерамических и керамических соединений высоковакуумных изделий, например, электровакуумных приборов.

В основе протекающих процессов пайки лежит взаимодействие активного металла с окислами керамики, при этом титан (цирконий, ниобий, и др.), растворяясь в припое, обеспечивает растекание активного сплава по поверхности не металлизированной керамики. Пайку активными припоями вакуумно-плотных изделий как правило проводят в вакууме или инертном газе.

Известен высокотемпературный припой на основе титана-циркония-берилия. (патент Великобритании 921185, С22С 16/00, 13.03.1963).

Недостатком припоя системы титан-цирконий-бериллий является склонность к образованию интерметаллидов бериллия в паяных швах соединений, что влечет за собой низкую вакуумную плотность.

Известен быстро закаленный ленточный припой на основе титана-циркония? содержащий титан, цирконий, медь, никель и кобальт (заявка Китая CN 102430874, B23K 35/32, 02.05.2012).

Недостатком указанного припоя является ограниченность применения и недостаточно высокий уровень механических свойств паяного соединения. При этом также существует проблема образования хрупких интерметаллидных фаз.

Известен также ряд припоев марки СТЕМЕТ (www.stemet.ru), например, припой состоящий из циркония, берилия, алюминия и титана, причем припой является гомогенным и ему придано аморфное структурное состояние. Припой выполнен в виде гибкой ленты (Патент РФ №2517096, B23K 35/30, 17.05.2013).

Недостатком данного технического решения является высокое содержание в припое титана и циркония. В аморфном состоянии припой является пластичным, но после пайки он приобретает кристаллическую структуру и становится хрупким интерметаллидом. Наличие в припое большого количества активных металлов также способствует образованию интерметаллидов на границе раздела припой-спаиваемая поверхность с металлами и их окислами, входящими в состав металлических конструкционных сплавов и керамики, спаиваемых между собой. В итоге паяное соединение металл/керамика или керамика/керамика насыщается избыточными интерметаллидами, обладающими низкой пластичностью, что приводит к образованию микротрещин в паянном шве, вследствие чего невозможно обеспечить высокую вакуумную плотность спая. Как правило в таких паяных соединениях проверка герметичности по натеканию по гелию более 1×10-7 Па м3/с, что неприемлемо для работы высоковакуумных приборов, где требуется вакуум не менее 3×10-12 Па м3/с. Как правило в процессе работы высоковакуумный прибор нагревается, что приводит к появлению в паяном шве дополнительных напряжений, возникающих за счет разных коэффициентов теплового расширения (КТР) металлических и керамических деталей. Возникновение напряжений приводит к лавинообразному росту микротрещин в паяном шве, что приводит к потере вакуума и выходу из строя вакуумного прибора.

Как уже было отмечено, ввиду хрупкости сплавов титана, циркония, ниобия и других активных металлов с большинством различных металлов, активные припои трудно получить, поэтому используют проволоку с сердечником из активного металла.

В качестве прототипа рассматривается гетерогенный припой в виде стержня, внутренняя часть которого, изготовленная из активных металлов (титан, стронций, торий, гафний), заключена в оболочку из дуктильного металла или сплава. При этом металл оболочки имеет более низкую точку плавления, чем металл сердечника, и в расплавленном состоянии растворяет часть металла сердечника, образуя сплав, смачивающий поверхность керамики. (Рот А. Вакуумные уплотнения. Пер. с англ. М., «Энергия», 1971, стр. 154).

Недостатком известного решения являются одинаковые физико-химические свойства полученного припоя на границе раздела припой-поверхность, что часто приводит к невозможности пайки систем металл/керамика или двух различных керамик. Т.е. припой может хорошо взаимодействовать с одной из спаиваемых поверхностей, а на другой поверхности могут образовываться хрупкие интерметаллиды или растворы замещения, например, раствор кислорода в титане, делающие невозможным получение вакуумно-плотного паяного шва в системе металл/керамика или системы из разных керамик. Кроме того, производство гетерогенного активного припоя в виде стержня характеризуется высокой трудоемкостью.

Применение активного припоя в виде проволоки во многих случаях невозможно ввиду конструктивных особенностей паяемых изделий. В таких случаях проволока может быть расплющена, но это увеличивает опасность изменения однородности оболочки припоя вокруг сердечника.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение повышение эксплуатационных характеристик припоя, расширение технических возможностей по совместимости со спаиваемыми материалами, повышение адгезионных свойств и вакуумной плотности.

Решение поставленной задачи реализуется следующим образом.

1. Гетерогенный активный припой для пайки металлокерамических и керамических вакуумно-плотных соединений, состоящий из базовой основы и активного металла, отличающийся тем, что базовая основа припоя выполнена в виде фольги, на поверхность которой нанесен слой активного металла, составляющего масс. % 1,5÷4 фольги.

2. Гетерогенный активный припой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве базовой основы используется медь.

3. Гетерогенный активный припой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве базовой основы используется медно-серебряный сплав.

4. Гетерогенный активный припой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве базовой основы используется серебро.

5. Гетерогенный активный припой по пп. 1-4, отличающийся тем, что в качестве активного металла использован титан, цирконий, тантал или гафний.

6. Гетерогенный активный припой по пп. 1-5, отличающийся тем, что слой активного металла нанесен на фольгу с обеих сторон.

Заявленный припой базируется на том, что в основе протекающих процессов пайки лежит взаимодействие активного металла с окислами керамики, при этом активные металлы, являясь межфазно-активной добавкой, растворяясь в припое, обеспечивают растекание активного сплава по поверхности не металлизированной керамики.

Использование тонких слоев активных металлов в небольших количествах (1,5-4) масс. % по отношению к базовой основе (металлическая фольга) снижает количество интерметаллидов и растворов замещения в спае, тем самым ограничивая рост концентраторов напряжения и микротрещин и, тем самым, обеспечивает высокую степень герметичности спая.

Кроме этого припой обладает хорошими адгезионными свойствами и удовлетворительной смачиваемостью спаиваемых поверхностей.

Изготовление припоя для пайки металлокерамических узлов электровакуумного прибора, состоящих из ковара марки 29НК-ВИ, бескислородной меди марки М0Об., алюмооксидной вакуумно-плотной керамики марки ТСМ303. Вакуумная плотность прибора по воздуху и гелию должна быть не хуже первого класса по ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность» Серия 32. Единая система оценки соответствия в области промышленной, экологической безопасности, безопасности в энергетике и строительстве. Выпуск 8. методические рекомендации о порядке проведения контроля герметичности технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах СДОС-07-2012. Москва 2012.

Рабочая температура прибора до 400°С, режим работы циклический.

Для технологического обеспечения пайки металлокерамических узлов электровакуумного прибора применен способ изготовления активных припоев методом магнетронного напыления активного металла на базовую фольгу. Контроль герметичности электровакуумного прибора производился с применением масс-спектрометрического гелиевого течеискателя с чувствительностью 5×10-13 м3Па/с методами гелиевого обдува и гелиевой камеры. Результаты контроля показали, что паяные металлокерамические и керамические швы прибора, имеют высокую адгезию, пластичность и обеспечивают вакуумную плотность, не хуже 2×10-12 Па м3/с.

Свойства припоев с различным содержанием активного металла и приведены в таблице.

На чертеже приведены образцы припоя с нанесенным слоем активного металла на базовую основу (фольгу): а) с одной стороны, б) с двух сторон, где поз. 1 - слой активного металла, поз. 2 - базовая основа в виде фольги.

Полученный гетерогенный активный припой обладает хорошей адгезией, а паяные металлокерамические и керамические швы с его применением пластичны и обеспечивают вакуумную плотность.

1. Гетерогенный активный припой для получения вакуумно-плотных паяных соединений деталей электровакуумного прибора, выполненных из керамики и металла, состоящий из фольги и нанесенного на нее активного металла, отличающийся тем, что фольга выполнена из меди или из медно-серебряного сплава, а активный металл нанесен на фольгу с обеих сторон в количестве, составляющем 1,5-4% от массы фольги.

2. Гетерогенный активный припой по п. 1, отличающийся тем, что в качестве активного металла использован титан, или цирконий, или их комбинация.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к бессвинцовому припою, а также к паяному соединению, полученному с использованием этого припоя. Бессвинцовый припой имеет основу Sn-Cu-Ni и содержит, мас.%:0,1-2,0 Cu, 0,01-0,5 Ni, 0,1-5,0 Bi, 0,0001–0,1 Ge и 76,0-99,5 Sn.

Изобретение может быть использовано для получения пайкой неразъемных соединений полупроводниковых лазерных излучателей. Осуществляют соединение первого тела 1, в качестве которого использовано теплоотводящее основание, и второго тела 5, в качестве которого использован лазерный диод, с помощью композиционного припоя 4, который формируют с начального слоя золота 4.1 и наносят на вспомогательный слой, состоящий из адгезионного слоя 2, граничащего с верхней поверхностью теплоотводящего основания 1, и барьерного слоя 3.

Изобретение относится к пайке, в частности к пайке микросхем. Припойный сплав может быть использован в шариковом выводе из припоя, припое для микросхемы, припойной пасте и паяном соединении.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к бессвинцовым припоям, и может быть использовано в приборах и устройствах с паяными соединениями, которые подвергаются воздействию высоких температур.

Изобретение может быть использовано при получении паяного соединения бессвинцовым припоем, в частности, при изготовлении печатных плат. Припой содержит смесь порошковых компонентов, один из которых представляет собой первый сплав для припоя, а второй порошковый компонент – второй сплав для припоя или металл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к бессвинцовым припоям. Бессвинцовый припой содержит, мас.%: Zn 4-12, Bi 0,5-4, In 0,5-5, Р 0,005-0,5, Zr 0,001-0,5, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из: Y 0-0,1, Ge 0-0,2, Mg 0-0,05, В 0-0,02, Al 0-0,05, Ni 0-0,2 и Ag 0-0,3, Sn - остальное.
Изобретение может быть использовано для получения неразъемных соединений разнородных материалов пайкой диффузионно-твердеющими припоями на основе галлия. При получении припоя в расплав галлия вводят индий и в полученный расплав вводят наполнитель в виде медного порошка с размером частиц 25-40 мкм.

Изобретение может быть использовано при изготовлении ювелирных изделий из сплавов палладия 850 пробы с использованием пайки. Сплав припойный на основе палладия 850 пробы содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: палладий 85,0-85,5, медь 11,0-12,0, бор 3,4-3,6.
Изобретение может быть использовано для изготовления ювелирных изделий из сплава палладия 850 пробы. Сплав припоя выполнен на основе палладия 850 пробы, содержит кремний и серебро при следующем соотношении компонентов, мас.%: палладий 85,0-85,5, кремний 2,5-4,1, серебро остальное.
Изобретение может быть использовано для изготовления припоев на основе свинца. Припой содержит компоненты в следующих соотношениях, мас.%: олово 4,0-7,0; индий 0,5-2,0; медь 0,001-0,1; сурьма 0,2-1,0; натрий 0,001-0,2; висмут 1,0-3,0; никель 0,1-0,5; церий 0,005-0,1; цинк 0,001-0,3; свинец - остальное.

Изобретение может быть использовано для создания паяного соединения алюмооксидной керамики со сплавом ВТ1-0 в медицине, в частности для пайки деталей эндопротеза тазобедренного сустава.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к припоям на основе никеля, и может быть использовано для высокотемпературной пайки компонентов из супераустенитной нержавеющей стали, работающих в хлоридных средах.

Изобретение относится к области стыковой контактной сварки давлением и может быть использовано при стыковой сварке металлических прутков. В торцах свариваемых прутков предварительно выполняют глухие цилиндрические отверстия, прижимают прутки по кольцевым контактам сварочным усилием, разогревают металл прутков до пластического состояния сварочным током и осаживают.

Изобретение предназначено для стыковой сварки оплавлением обыкновенного звена швартовной цепи класса R6. В способе используют сварочную машину с четырьмя электродами Осуществляют предварительный нагрев с прерывистым оплавлением и затем стабильный непрерывный процесс оплавления.

Способ относится к сварке трением с перемешиванием алюминиевых конструкций. Используют инструмент с пином, длиной 4,5…4,9 мм, выполненным в виде цилиндрической поверхности и сферической поверхности на торце пина, радиус которой соответствует 0,7-0,8 диаметра цилиндрической поверхности.

Изобретение относится к сварочному аппарату. Аппарат содержит корпус (4), двигатель, приводной механизм (8) и U-образное тело вращения (7).

Изобретение может быть использовано при сварке трением с перемешиванием термоупрочнямых алюминиевых сплавов, в частности 2ххх, 6ххх, 7ххх. После досварочной термической обработки Т6 осуществляют сварку трением с перемешиванием при частоте вращения инструмента от 1000 до 2500 об/мин и скорости сварки от 600 до 1500 мм/мин.

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки кольцевого соединения тонкостенных конструкций из высокопрочных алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления легких конструкций с высокими требованиями по прочности и герметичности.

Изобретение может быть использовано при изготовлении фильтрующих и теплообменных элементов из проволочного материала, в частности при соединении пайкой детали из медного проволочного материала с деталью из меди.

Изобретение может быть использовано для получения сваркой трением соединения трубчатых деталей бурильного замка – ниппеля и муфты с трубой. Устанавливают деталь замка и трубу в упор торцами.

Изобретение предназначено для получения паяных соединений деталей электровакуумного прибора, выполненных из керамики и металла. Гетерогенный активный припой состоит из фольги с нанесенным на нее активным металлом. Фольга выполнена из меди или из медно-серебряного сплава. Активный металл нанесен на фольгу с обеих сторон в количестве, составляющем 1,5-4 мас. от массы фольги. В качестве активного металла использован титан, или цирконий, или их комбинация. Технический результат заключается в повышении эксплуатационных характеристик припоя, расширении технических возможностей по совместимости со спаиваемыми материалами, повышение адгезионных свойств и вакуумной плотности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Наверх