RU2336980C2 - Method of ceramics soldering with metals and nonmetals - Google Patents
Method of ceramics soldering with metals and nonmetals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2336980C2 RU2336980C2 RU2006135039/02A RU2006135039A RU2336980C2 RU 2336980 C2 RU2336980 C2 RU 2336980C2 RU 2006135039/02 A RU2006135039/02 A RU 2006135039/02A RU 2006135039 A RU2006135039 A RU 2006135039A RU 2336980 C2 RU2336980 C2 RU 2336980C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- soldering
- vacuum
- solder
- metals
- Prior art date
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к соединению разнородных материалов, в частности к пайке, и может быть использовано в электронной, радиотехнической промышленности и прецизионном приборостроении, там, где к изделиям предъявляются высокие требования по вакуумной плотности, термостойкости, влагостойкости, коррозионностойкости при воздействии высоких давлений, высоких температур и ударных нагрузок.The invention relates to the connection of dissimilar materials, in particular to soldering, and can be used in the electronic, radio engineering industry and precision instrument engineering, where high demands are placed on products in terms of vacuum density, heat resistance, moisture resistance, corrosion resistance when exposed to high pressures, high temperatures and shock loads.
Известен способ вакуум-плотного соединения керамики с металлами, согласно которому сначала осуществляют металлизацию керамического изделия путем нанесения металлизированного слоя и последующего его спекания (операцию повторяют дважды), а затем металлизированное керамическое изделие подвергают никелированию, сначала химическому, а затем электролитическому, а пайку осуществляют медно-серебряным припоем (патент Франция №2217.290 «Способ соединения металлического и керамического изделия спаиванием», опубликованный 11.10.1974, МПК В23К 1/19).A known method of vacuum-tight connection of ceramics with metals, according to which the metallization of the ceramic product is first carried out by applying a metallized layer and its subsequent sintering (the operation is repeated twice), and then the metallized ceramic product is subjected to nickel plating, first chemical and then electrolytic, and soldering is carried out copper -silver solder (French patent No. 2217.290 “Method of joining metal and ceramic products by brazing”, published on 10/11/1974, IPC B23K 1/19).
Недостатками этого способа является сложная технология нанесения металлизированного покрытия на керамику, дополнительная операция спекания металлизированного спая, а также применение в качестве припоя медно-серебряного сплава.The disadvantages of this method are the complex technology of applying a metallized coating to ceramics, the additional operation of sintering a metallized junction, as well as the use of copper-silver alloy as solder.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ пайки керамики с металлами и неметаллами, при котором между паяемыми поверхностями деталей размещают фольгу припоя на основе меди и титана с добавкой легкоплавких металлов из группы олово, свинец, индий и их сплавов, нагрев осуществляют в вакууме 10-3-10-1 мм рт.ст. до температуры плавления и охлаждения (авторское свидетельство СССР №1742269, МПК В23К 1/19 «Способ пайки керамики с металлами и неметаллами» опубликовано 23.11.89). Недостатком данного способа является применение припоя с карбидообразующим металлом таким, как титан. Расплавленный припой, содержащий титан, хорошо смачивает керамику, однако при взаимодействии с последней они образуют твердые карбидные фазы, что приводит к образованию трещин в паяном шве, а следовательно, к отсутствию герметичности паяного шва. Исправление этого дефекта может быть осуществлено только повторной подпайкой, но и повторная подпайка не всегда приводит к устранению вышеупомянутого дефекта. Еще одним существенным недостатком применения медно-титанового припоя является низкая коррозионная стойкость в условиях повышенной влажности и температуры.The closest in technical essence to the invention is a method of brazing ceramics with metals and non-metals, in which a solder foil based on copper and titanium with the addition of low-melting metals from the group of tin, lead, indium and their alloys is placed between the brazed surfaces of the parts, heating is carried out in vacuum 10 -3 -10 -1 mmHg to the melting and cooling temperature (USSR author's certificate No. 1742269, IPC V23K 1/19 "Method for brazing ceramics with metals and non-metals" published on 11/23/89). The disadvantage of this method is the use of solder with a carbide-forming metal such as titanium. The molten solder containing titanium moistens the ceramics well, however, when interacting with the latter, they form solid carbide phases, which leads to the formation of cracks in the soldered joint and, therefore, to the lack of tightness of the soldered joint. Correction of this defect can only be carried out by re-soldering, but re-soldering does not always lead to the elimination of the aforementioned defect. Another significant drawback of the use of copper-titanium solder is the low corrosion resistance in conditions of high humidity and temperature.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение герметичности и коррозионной стойкости паяного шва.The problem to which the invention is directed, is to increase the tightness and corrosion resistance of a soldered seam.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого способа, следующий:The technical result achieved by using the proposed method is as follows:
- получение герметичного паяного шва (1·10-8 МПа·м3/с);- obtaining a sealed solder seam (1 · 10 -8 MPa · m 3 / s);
- коррозионная стойкость паяного шва при воздействии высокой влажности, давления и высоких температур.- corrosion resistance of the solder joint when exposed to high humidity, pressure and high temperatures.
Для решения поставленной задачи в известном способе между соединяемыми деталями, одна из которых выполнена из керамики, размещают припой и осуществляют нагрев до температуры плавления припоя. В качестве припоя использован сплав эвтектического состава медь-титан с добавкой легкоплавких металлов олово, индий.To solve the problem in a known method between the joined parts, one of which is made of ceramic, place the solder and carry out heating to the melting temperature of the solder. An alloy of the eutectic composition copper-titanium with the addition of low-melting metals tin and indium was used as solder.
Нагрев производят до температуры образования эвтектики медь-титан и выдерживают при этой температуре не менее 20 минут. В результате чего происходит взаимное растворение титана, олова и индия в меди и получение активного сплава, что обеспечит при температуре плавления активного сплава смачивание паяемых материалов. Охлаждение производят до температуры 700...750°С с выдержкой при этой температуре не менее 20 минут. Дальнейшее охлаждение производят до комнатной температуры. Пайку осуществляют в вакууме 1·10-3-1·10-4 мм рт.ст. Спаянный узел извлекается из рабочего объема электровакуумной печи и на паяемый шов наносится состав для пайки, содержащий смесь пентабората лития, обеспечивающее следующее содержание компонентов в составе для пайки, мас.%:Heating is carried out to the temperature of formation of the eutectic copper-titanium and maintained at this temperature for at least 20 minutes. As a result, there is a mutual dissolution of titanium, tin and indium in copper and obtaining an active alloy, which will ensure that the soldered materials are wetted at the melting temperature of the active alloy. Cooling is carried out to a temperature of 700 ... 750 ° C with holding at this temperature for at least 20 minutes. Further cooling is carried out to room temperature. Soldering is carried out in a vacuum of 1 · 10 -3 -1 · 10 -4 mm RT.article The soldered assembly is removed from the working volume of the electrovacuum furnace and a soldering composition is applied to the brazed joint containing a mixture of lithium pentaborate, which provides the following content of components in the soldering composition, wt.%:
- пентабората лития 15- lithium pentaborate 15
- вода остальное- water the rest
Полученный состав для пайки кистью или пульверизатором наносят на паяный шов, после чего эту поверхность сушат на воздухе до образования сплошного покрытия. Затем узел с нанесенным покрытием помещают в рабочий объем электровакуумной печи и нагревают до температуры не менее 850°С и с выдержкой при этой температуре не менее 2 минут.The resulting composition for soldering with a brush or spray is applied to the solder joint, after which this surface is dried in air until a continuous coating is formed. Then the coated unit is placed in the working volume of the electric vacuum furnace and heated to a temperature of at least 850 ° C and with exposure at this temperature for at least 2 minutes.
При данной температуре и выдержке происходит химическое взаимодействие паяного шва, металла, керамики с пентаборатом лития. Это взаимодействие происходит за счет ионов лития, входящих в состав пентабората лития. Ионы лития обладают высоким электростатическим полем. Эти свойства ионов лития приводят к сильному флюсующему эффекту, что позволяет расплавленному пентаборату лития затекать в трещины паяного шва и герметизировать его. Кроме того, оксид лития, входящий в состав пентабората лития, обладает высокой химической активностью и способностью образовывать с титаном, находящимся в паяном шве, и с окислом алюминия (Al2O3), являющимся составной частью керамики, титаниты и алюминиты лития, которые снижают температуру повторной пайки и обеспечивают прочное сцепление паяного шва, металла и керамики с пентаборатом лития при более низкой температуре (850°С). И при охлаждении до комнатной температуры образует стекловидную пленку, которая защищает паяный шов от воздействия высокой влажности и температуры. Нагрев осуществляют в вакууме 1·10-3-1·10-4 мм рт.ст.At this temperature and exposure, a chemical interaction of the soldered seam, metal, ceramic with lithium pentaborate occurs. This interaction occurs due to lithium ions, which are part of lithium pentaborate. Lithium ions have a high electrostatic field. These properties of lithium ions lead to a strong fluxing effect, which allows molten lithium pentaborate to flow into the cracks of the soldered seam and seal it. In addition, lithium oxide, which is part of lithium pentaborate, has high chemical activity and the ability to form with titanium in the soldered joint, and with aluminum oxide (Al 2 O 3 ), which is an integral part of ceramics, lithium titanites and aluminites, which reduce re-soldering temperature and ensure strong adhesion of the brazed joint, metal and ceramic with lithium pentaborate at a lower temperature (850 ° C). And when cooled to room temperature, it forms a glassy film that protects the soldered joint from exposure to high humidity and temperature. Heating is carried out in a vacuum of 1 · 10 -3 -1 · 10 -4 mm RT.article
Пример. При пайке экрана для СВЧ-излучателя, состоящего из обечайки (сплав 29НК) и керамической детали (марки ВК94-1), по стыку деталей размещали припой из медно-титановой фольги эвтектического состава. Собранные для пайки детали размещают в рабочем объеме электровакуумной печи ВП-575-13-3.Example. When soldering the screen for a microwave emitter, consisting of a shell (alloy 29NK) and a ceramic part (grade VK94-1), a solder made of copper-titanium foil of eutectic composition was placed at the junction of the parts. The parts assembled for soldering are placed in the working volume of the VP-575-13-3 electric vacuum furnace.
Пайку осуществляли по следующему температурному режиму:Soldering was carried out according to the following temperature conditions:
- нагрев до температуры 700°С со скоростью 5°С/мин;- heating to a temperature of 700 ° C at a rate of 5 ° C / min;
- выдержка при температуре 700°С в течение 20 минут;- exposure at a temperature of 700 ° C for 20 minutes;
- нагрев до температуры плавления припоя 960±10°С со скоростью 5°С/мин;- heating to a melting point of solder 960 ± 10 ° C at a rate of 5 ° C / min;
- выдержка при температуре плавления припоя в течение 2 минут;- exposure at the melting point of the solder for 2 minutes;
- охлаждение до температуры 700°С со скоростью 5°С/мин;- cooling to a temperature of 700 ° C at a rate of 5 ° C / min;
- выдержка при температуре 700°С в течение 15 минут.- exposure at a temperature of 700 ° C for 15 minutes.
Дальнейшее охлаждение осуществляли с печью до комнатной температуры. Температура в печи измерялась платино-платинородневой термопарой с точностью ±10°С. После этого спаянный металлокерамический узел извлекали из рабочего объема электровакуумной печи. Качество паяного шва оценивали по герметичности. Герметичность паяного шва составила 1·10-5 м3Па/c, что не удовлетворяет требованиям конструкторской документации по герметичности.Further cooling was carried out with the oven to room temperature. The temperature in the furnace was measured with a platinum-platinum-native thermocouple with an accuracy of ± 10 ° С. After that, the brazed ceramic-metal assembly was removed from the working volume of the electric vacuum furnace. The quality of the soldered seam was evaluated by tightness. The tightness of the soldered seam was 1 · 10 -5 m 3 Pa / s, which does not meet the requirements of the design documentation for tightness.
И после этого готовим состав для повторной пайки следующим образом. В стеклянную или металлическую емкость наливают водопроводную или дистиллированную воду в заданном количестве. Воду подогревают до температуры порядка 60-70°С и добавляют в нее порошок пентабората лития, обеспечивающее следующее содержание компонентов в составе для пайки, мас.%:And after that we prepare the composition for re-soldering as follows. Taped or distilled water in a predetermined quantity is poured into a glass or metal container. The water is heated to a temperature of about 60-70 ° C and lithium pentaborate powder is added to it, which provides the following content of components in the soldering composition, wt.%:
пентабората лития 15lithium pentaborate 15
вода остальноеwater rest
Перемешивают указанный порошок в воде до его полного растворения. Состав для пайки готов к применению.Stir the specified powder in water until it is completely dissolved. The composition for soldering is ready for use.
Полученный раствор наносят на поверхность паяного шва, после чего покрытую поверхность сушат на воздухе в течение 10 часов до образования сплошного покрытия.The resulting solution is applied to the surface of the solder joint, after which the coated surface is dried in air for 10 hours until a continuous coating is formed.
Повторную пайку осуществляли по следующему температурному режиму:Re-soldering was carried out according to the following temperature conditions:
нагрев до температуры 850°С со скоростью 5°С/мин;heating to a temperature of 850 ° C at a rate of 5 ° C / min;
выдержка при температуре 850°С в течение 2 минут;exposure at a temperature of 850 ° C for 2 minutes;
охлаждение до температуры 400°С со скоростью 5°С/мин.cooling to a temperature of 400 ° C at a rate of 5 ° C / min.
Дальнейшее охлаждение осуществляли вместе с печью. Температуру в печи, как и в первом случае измеряли платино-платинородневой термопарой с точностью ±10°С. Качество паяного спая оценивали по герметичности до и после нагрева до эксплуатационной температуры 650°С. До и после нагрева герметичность не изменилась и составила по натеканию гелия не более 1·10-8 МПа·м3/с. Данный способ пайки может быть реализован на распространенном электровакуумном термическом оборудовании и позволяет получать изделия с высокими физико-механическими характеристиками.Further cooling was carried out together with the furnace. The temperature in the furnace, as in the first case, was measured with a platinum-platinum-thermocouple with an accuracy of ± 10 ° С. The quality of the brazed joint was evaluated by tightness before and after heating to an operating temperature of 650 ° C. Before and after heating, the tightness did not change and amounted to no more than 1 · 10 -8 MPa · m 3 / s by leakage of helium. This method of soldering can be implemented on common electrovacuum thermal equipment and allows you to get products with high physical and mechanical characteristics.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006135039/02A RU2336980C2 (en) | 2006-10-03 | 2006-10-03 | Method of ceramics soldering with metals and nonmetals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006135039/02A RU2336980C2 (en) | 2006-10-03 | 2006-10-03 | Method of ceramics soldering with metals and nonmetals |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006135039A RU2006135039A (en) | 2008-04-10 |
RU2336980C2 true RU2336980C2 (en) | 2008-10-27 |
Family
ID=40042223
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006135039/02A RU2336980C2 (en) | 2006-10-03 | 2006-10-03 | Method of ceramics soldering with metals and nonmetals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2336980C2 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487788C2 (en) * | 2011-07-07 | 2013-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Solder wire and method of its production, hermetic connector and method of its production |
RU2717446C1 (en) * | 2019-11-25 | 2020-03-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Method of soldered connection of alumina ceramic with titanium alloy bt1-0 |
RU2717766C1 (en) * | 2019-05-23 | 2020-03-25 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Heterogeneous active solder for soldering of metal-ceramic and ceramic vacuum-dense compounds |
EA035216B1 (en) * | 2019-03-26 | 2020-05-18 | Ольга Евгеньевна Квашенкина | Method for connecting piezoceramic substances with various materials |
RU2722294C1 (en) * | 2019-02-25 | 2020-05-28 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method of vacuum-tight soldering of ceramics with metals and non-metals |
RU2806855C1 (en) * | 2022-12-20 | 2023-11-08 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Method for sealing vacuum metal structures with optically transparent elements |
-
2006
- 2006-10-03 RU RU2006135039/02A patent/RU2336980C2/en active
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487788C2 (en) * | 2011-07-07 | 2013-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Solder wire and method of its production, hermetic connector and method of its production |
RU2722294C1 (en) * | 2019-02-25 | 2020-05-28 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method of vacuum-tight soldering of ceramics with metals and non-metals |
EA035216B1 (en) * | 2019-03-26 | 2020-05-18 | Ольга Евгеньевна Квашенкина | Method for connecting piezoceramic substances with various materials |
RU2717766C1 (en) * | 2019-05-23 | 2020-03-25 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Heterogeneous active solder for soldering of metal-ceramic and ceramic vacuum-dense compounds |
RU2717446C1 (en) * | 2019-11-25 | 2020-03-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Method of soldered connection of alumina ceramic with titanium alloy bt1-0 |
RU2806855C1 (en) * | 2022-12-20 | 2023-11-08 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Method for sealing vacuum metal structures with optically transparent elements |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006135039A (en) | 2008-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4797328A (en) | Soft-solder alloy for bonding ceramic articles | |
CN101391901B (en) | Brazing method Al2O3 ceramic and metallic material | |
RU2336980C2 (en) | Method of ceramics soldering with metals and nonmetals | |
JP4669877B2 (en) | Solder alloy for oxide bonding | |
JP2010077019A (en) | PROCESS FOR MODERATELY REFRACTORY ASSEMBLING OF ARTICLE MADE OF SiC-BASED MATERIAL BY NON-REACTIVE BRAZING, BRAZING COMPOSITION, AND JOINT AND ASSEMBLY OBTAINED BY THE PROCESS | |
JPH0367985B2 (en) | ||
CN104973879A (en) | Method for jointing Al2O3 ceramic and ceramic sealing alloy | |
CN104741722A (en) | TiNi solder vacuum brazing TZM alloy and ZrC/W composite method | |
JPH04228480A (en) | Composite being stable at high temperature and preparation thereof | |
KR20090034759A (en) | Solder alloy for jointing oxide and oxide joint using the same | |
JP5721321B2 (en) | Method for assembling a moderately fire-resistant article made of SiC-based material by non-reactive brazing of a brazing composition under an oxidizing atmosphere, and the joint and assembly obtained by this method | |
US3736649A (en) | Method of making ceramic-to-metal seal | |
JPS6365635B2 (en) | ||
RU2722294C1 (en) | Method of vacuum-tight soldering of ceramics with metals and non-metals | |
JPH09283656A (en) | Ceramic circuit board | |
KR100975261B1 (en) | Solder alloy and bonded joint of glass using the same | |
CN113020840B (en) | Brazing method between beryllium material and metal piece | |
US3189476A (en) | Metallizing process for ceramics | |
CN111843288B (en) | High-melting-point Ti-Zr-Cu-Ni alloy brazing material | |
CN106312369A (en) | Solder for connecting ceramics with kovar alloys | |
CN113857606A (en) | Low-temperature sealing method and sealing joint for sapphire optical window | |
JPS6090879A (en) | Ceramic and metal bonding method | |
Koleňák et al. | Research of joining graphite by use of active solder | |
US3969126A (en) | Brazing mixture for forming a corrosion-resistant vacuum-tight seal between a ceramic body and a refractory metal | |
RU2359792C2 (en) | Soldering method of refractory metal with corrosion-resistant, heat-resistant steels or nickel alloys |