ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Глава шестнадцатая. Спаи металла с керамикой из "Технология материалов для электровакуумных приборов " При конструировании электронных приборов, естественно, возникает необходимость соединения керамических деталей друг с другом или со стеклом и металлом. Эти соединения могут быть как постоянными, так и временными и, в частности, разборными, о во всех случаях они должны быть вакуумно-плотными. Временные соединения можно, конечно, выполнять при помоши разнообразных прокладок и уплотняющих составов, но такие соединения мы здесь не рассматриваем. Керамические спаи различных видов впервые были разработаны в Германии [Л. 1-4] в конце 30-х годов нащего столетия и во время второй мировой войны применялись фирмой Телефункен при изготовлении небольших ламп для радиолокационных станций [Л. 5-7]. В монографии, посвященной спаям стекла с металлом [Л. 8], дан обзор методов пайки керамики с металлом. В последние годы керамическим спаям уделяется все более значительное внимание. Кроме совершенст- вования уже известных методов пайки, выполнен и ряд оригинальных работ. В частности, описан метод [Л. 9] пайки с применением гидрата титана в хорошо очищенном водороде разработаны метод [Л. 10], основанный на применении гидрата циркония в соединении со сплавами циркония, и технология металлокера-мических спаев с использованием марганца [Л. И]. [c.384] Преимущества керамических спаев можно сформулировать [Л. 13] следующим образом. С точки зрения массового производства пайка металлизированной керамики серебряным припоем обладает важными потенциальными преимуществами при изготовлении многих различных электровакуумных приборов и может также успешно применяться в производстве миниатюрных ламп. В общем случае после металлизации керамики и электрополировки металлических дегалей изготовление ламиы заключается лишь в йборке деталей в точной оправе с кольцами серебряного припоя гари последующей обработке в печи. При этом механическая прочность и точность взаимного расположения спаев, а следовательно, и внутренних электродов лампы оказываются лучше, чем в обычных металлостеклянных лампах. [c.385] Чтобы обеспечить сцепление металла с керамикой, на последнюю сначала наносят тонкую пленку металла или сплава так, чтобы эта пленка составляла одно целое с керамикой. Этого обычно достигают путем обжига при высоких температурах. Технология металлизации непроводников [Л. 1, 16 и 17] очень стара и применялась для декоративных целей еще в древние времена. Эмалирование стали и производство печатных схем [Л. 18] связаны с аналогичными задачами. [c.385] Припрессовывание металла к стеклянной поверхности вызывает Местную химическую реакцию. После удаления металла часть его удерживается на стекле. В частности, это справедливо для таких металлов, как титан и цирконий, т. е. металлов, пластичных и образующих сильно заряженные ионы. Но даже такие металлы, как железо, которое не дает видимых пленок на стекле, оставляют яа ем небольшие следы, которые смогут быть проявлены при помощи растворов для серебрения. Среди металлических ионов ионы олова, очевидно, обладают наибольшим сродством ло отношению к стеклянным поверхностям. [c.386] Во многих отношениях процесс соединения двух керамических тел аналогичен пайке металлов твердыми припоями. В ранних работах по спаям [Л. 1] в качестве связующего слоя использовалось стекло, образующее слой более низкоплавкой керамики, внедряющейся в поры прилегающей тугоплавкой керамики. В то же время многие соображения относительно металлостеклянных спаев (см. гл. 4) применимы и к спаям керамики с металлом, а принципы нанесения глазури, рассмотренные в предыдущей главе, играют важную роль. В качестве примера рассмотрим соединение двух трубок керамической с толстыми стенками и стеклянной с относительно тонкими стенками. Стекло может быть соединено с керамической трубкой как с наружной, так и с внутренней стороны. В зависимости от относительной величины коэффициентов расширения стекла и керамики в онае возникают натяжения, указанные в табл. 16-1. Сжатие в осевом, тангенциальном или радиальном направлении обозначено буквой С, а растяжение — буквой Н [Л. 3]. [c.386] ЩИХСЯ как во время пайки, так и при работе. Разработка специальных стекол, обладающих одинаковым со сплавами коэффициентом расширения во всей области температур, от комнатной до температуры пайки, позволила получить удовлетворительные спаи. [c.390] Разработанный. ранее процесс пайки с предварительной металлизацией керамики остался практически неизменным. [c.392] Для хорошего спекания молибдена с керамикой последнюю необходимо нагреть до температуры, отстоящей не более чем на 50° С от точки ее размягчения. При этом должно иметь место слабое окисление молибдена (т. е. из атмосферы печи не должны удаляться водяные пары или кислород). Удовлетворительность результатов зависит от тщательности нанесения суспензии молибденового порошка на керамику. Покрытие не должно быть слишком тонким или толстым и должно затекать в поры керамики. С этой точки зрения существенно и состояние поверхности керамики. Так, например, несколько сот керамических деталей с шероховатой на вид поверхностью не дали хороших результатов. По-видимому, структура керамики должна быть мелкозернистой и однородной. Удовлетворительные спаи были получены с несколькими сортами керамики, но всесторонние испытания были проведены лишь для керамики альсимаг-243. [c.392] Наиболее пригодными для применения с керамикой альсимаг-243 оказались чистые сплавы железа с 46 и 50% никеля. [c.393] Спаи диаметром 7,5—50 мм обладают такой же прочностью на кручение, как и спай ковара со стеклом 7052, причем разрушение происходит всегда пю керамике. Повторные температурные циклы от 20 до 600° С с медленным нагревом и охлаждением не вызывают натекания по спаям и не ухудшают их сопротивляемости тепловому удару. Изделия нагревались до 600° С и затем остывали в комнатном воздухе. По-видимому, при температуре выше 200° С серебро отжигается и ослабляет любые натяжения в спае. [c.393] И ниже в течение всего процесса пайки удается получить удовлетворительные спаи с применением гидридов. [c.394] На рис. 16-8 показан тетрод типа МЬ -329 с большим количеством коаксиальных спаев, выполненных одновременно при помощи гидрида циркония. Пайка в этом случае производилась индукционным нагревом в вакууме. [c.394] Процесс нагрева больших керамических деталей должен вестись достаточно медленно, чтобы избежать их растрескивания в результате теплового удара. Мощность генератора увеличивается постепенно до тех пор, пока все детали, находящиеся в печи, не достигнут высокой равновесной температуры, обеспечивающей полное расплавление серебра и образование сплава его с цирконием. При достижении точки плавления серебра значительное его количество возгоняется и оседает на стенках печи и деталях. [c.394] Поэтому все керамические детали после пайки необходимо очищать пескоструйкой от тонкой пленки напыленного металла. [c.395] Сравнение различных методов пайки приводит к следующим выводам основным преимуществом металлизации молибденом является то, что этот метод не требует отжига в вакууме и тем самым значительно упрощает необходимое оборудование. Это важно также и при массовом производстве, так как допускает сборку на оправках. При этом требуются две операции покрытия деталей и три отдельных обжига в тщательно контролируемой атмосфере с различной продолжительностью в зависимости от величины и формы деталей. Рентгеновские снимки спаев с металлизацией мо либденом показали наличие пустот или газовых включений. Этот газ может медленно натекать внутрь лампы, выводя ее из строя. [c.395] Пайка в вакууме с применением гидридов предпочтительна благодаря отсутствию необходимости специальной атмосферы при обжиге. Кроме того, спайка в вакууме облегчает обезгажи-вание деталей, сокращая время откачки. [c.395] Водородный или вакуу мный отжиг, предшествующий однократному процессу покрытия, заметно снижает продолжительность пайки. Другим преимуществом этого метода является возможность применения для металлических деталей высокохромистых сплавов, лучше согласующихся по коэффициенту расширения с керамикой, чем никелевые сплавы. В водородных же печах хром будет окисляться даже под толстым слоем серебра или никеля. Однако недостатком пайки в вакууме с применением гидридов является необходимость достаточно высокого вакуума, для чего требуются более сложное вакуумное оборудование и более сложный сборочный инструмент, поскольку спаиваемые детали необходимо подвешивать в печах таким образом, чтобы они прогревались равномерно. [c.395] Вернуться к основной статье