RU2487000C2

RU2487000C2 - Cermet solder

Info

Publication number: RU2487000C2
Application number: RU2011136963/02A
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Петренко; Юлия Юрьевна Петренко; Сергей Викторович Данилов; Светлана Анатольевна Микаева; Анжела Сергеевна Микаева; Александр Викторович Аргунов; Владимир Сергеевич Поляков; Александр Дмитриевич Силаев; Валерий Юрьевич Сорокин; Сергей Евгеньевич Соловьев; Наталья Евгеньевна Харитонова
Original assignee: Юрий Петрович Петренко; Юлия Юрьевна Петренко; Сергей Викторович Данилов; Светлана Анатольевна Микаева; Анжела Сергеевна Микаева; Александр Викторович Аргунов; Владимир Сергеевич Поляков; Александр Дмитриевич Силаев; Валерий Юрьевич Сорокин; Сергей Евгеньевич Соловьев; Наталья Евгеньевна Харитонова
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2013-07-10
Also published as: RU2011136963A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to vacuum, electronic and electric-bulb production. Cermet solder comprises aluminium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, tungsten oxide, niobium oxide, zirconium oxide, niobium, titanium and tungsten.

EFFECT: higher thermal and adhesion properties.

1 tbl

Description

Изобретение относится к области электровакуумной, электронной и электроламповой промышленности и может использоваться, например, для создания металлокерамических спаев (впаев) при изготовления горелок - разрядных оболочек - натриевых ламп высокого давления (НЛВД).The invention relates to the field of electric vacuum, electronic and electric lamp industry and can be used, for example, to create cermet junctions (solders) in the manufacture of burners - discharge shells - high pressure sodium lamps (NLVD).

Известен металлокерамичесий припой (МКП), состоящий из окислов кальция, циркония, алюминия и магния (авт.св. СССР №409976, кл. C03 3/22, 1972 г.), предназначенный для пайки металла с керамикой, работающий при относительно низких температурах и имеющий небольшой срок службы. Однако такой спай не всегда удовлетворяет требованиям, предъявляемым к металлокерамическим узлам горелок НЛВД из-за недостаточной термостойкости. Наиболее близким к предлагаемому решению является (прототип) следующий состав (авт.св. СССР №600124, кл. B23K 35/36, 1977 г.), вес.%:Known cermet solder (MCP), consisting of oxides of calcium, zirconium, aluminum and magnesium (ed. St. USSR No. 409976, CL C03 3/22, 1972), designed for brazing metal with ceramics, operating at relatively low temperatures and having a short life. However, such a junction does not always satisfy the requirements for ceramic-metal assemblies of NLVD burners due to insufficient heat resistance. Closest to the proposed solution is (prototype) the following composition (ed. St. USSR No. 600124, class B23K 35/36, 1977), wt.%:

Окись кальцияCalcium oxide 10-1510-15 Окись цирконияZirconium oxide 1-51-5 Окись ниобияNiobium oxide 5-255-25 Окись вольфрамаTungsten oxide 7-157-15 Окись магнияMagnesium oxide 15-1715-17 НиобийNiobium 2-32-3 Окись алюминияAlumina - Остальное- The rest

Этот состав применялся в стандартных горелках НЛВД, выпускаемых опытным производством Специального конструкторско-технологического бюро в г.Полтава в 1974-1990 годах. Но для появившихся позже НЛВД с улучшенной цветопередачей подобные спаи не обеспечивали требуемых характеристик и особенно в части продолжительности горения, т.к. одним из способов улучшения цветопередающих свойств НЛВД является повышение давления паров натрия и ртути, а создать в горелке подобные условия можно лишь повысив электрическую нагрузку, т.е. мощность, перегрузив лампу, а соответственно, и металлокерамический спай. При этом температура спая резко повышается, давление в горелке возрастает и у стандартных НЛВД срок службы резко снижается из-за появления продольных микротрещин в спае и т.п.This composition was used in standard NLVD burners produced by the pilot production of the Special Design and Technology Bureau in Poltava in 1974-1990. But for the later NLVD with improved color reproduction, these junctions did not provide the required characteristics, and especially in terms of the duration of burning, since One of the ways to improve the color-rendering properties of NLVD is to increase the vapor pressure of sodium and mercury, and creating such conditions in the burner can only be done by increasing the electric load, i.e. power by overloading the lamp, and, accordingly, the cermet junction. In this case, the junction temperature rises sharply, the pressure in the burner increases, and for standard HPLC, the service life decreases sharply due to the appearance of longitudinal microcracks in the joint, etc.

Для повышения адгезионной способности спая (например, поликор и титан или ниобий) в состав МКП необходимо ввести дополнительно титан и вольфрам (вольфрам повышает термостойкость МКП). Такой МКП будет работать при большей температуре с улучшенной адгезией и к металлу, и к керамике. Однако количество вводимой добавки теоретически рассчитать невозможно, и эти значения определялись экспериментально.To increase the adhesion ability of the junction (for example, polycor and titanium or niobium), titanium and tungsten must be added to the MCP (tungsten increases the thermal stability of the MCP). Such a MCP will work at a higher temperature with improved adhesion to both metal and ceramics. However, it is impossible to theoretically calculate the amount of added additive, and these values were determined experimentally.

Нами были проведены испытания стандартных поликоровых горелок с ниобиевыми вводами и вольфрамовыми активированными электродами, по геометрии и наполнению соответствующих горелкам ламп ДНаТ 400. Герметизацию горелок - спай поликора и ниобия - осуществляли составами МКП, приведенными в таблице. Испытуемые горелки включались в стандартную схему с дросселем и ИЗУ, а ЛАТРом изменялось питающее напряжение, т.е. изменялась потребляемая мощность. К спаю присоединялась термопара ВР-20 с соответствующим прибором, показывающим температуру спая. Горелка помещалась в вакуумный шкаф, с целью исключения разгерметизации на воздухе (вакуум обеспечивался насосом 2НВР-5Д), мощность, подаваемая на горелку, менялась ступенчато от 400 Вт через 50 Вт, с выдержкой 30 мин, а погасание горелки без повторного зажигания через 1 ч считался критерием разгерметизации спая (при ее работе фиксировалась температура спая). Для исключения случайных процессов каждого состава МКП было изготовлено от 3 до 5 горелок. Для получения полной картины в эксперименте нами была также использована стандартная горелка ДНаТ400 производства ВНИИИС (г.Саранск).We have tested standard multicore burners with niobium bushings and tungsten activated electrodes, in geometry and filling of the corresponding DNaT 400 lamp burners. The sealing of the burners — polycor and niobium junction — was carried out using the MCP formulations shown in the table. The test burners were included in the standard circuit with a choke and an IZU, while the LATR changed the supply voltage, i.e. power consumption changed. A thermocouple BP-20 was connected to the junction with a corresponding device showing the junction temperature. The burner was placed in a vacuum cabinet in order to prevent depressurization in air (the vacuum was provided by a 2NVR-5D pump), the power supplied to the burner changed stepwise from 400 W after 50 W, with a shutter speed of 30 min, and the burner went out without re-ignition after 1 h it was considered a criterion for junction depressurization (during its operation, the junction temperature was recorded). To exclude random processes of each MCP composition, 3 to 5 burners were manufactured. To obtain a complete picture in the experiment, we also used a standard DNaT400 burner manufactured by VNIIIS (Saransk).

Составы МКП, вес.%:The compositions of the MCP, wt.%:

прототип - окись кальция 10, окись циркония 5, окись ниобия 20, окись вольфрама 10, окись магния 15, ниобий 3, окись алюминия 37;prototype - calcium oxide 10, zirconium oxide 5, niobium oxide 20, tungsten oxide 10, magnesium oxide 15, niobium 3, aluminum oxide 37;

1-й состав - оксиды алюминия 40, кальция 18, магния 12, вольфрама 8, ниобия 7, циркония 3, а также ниобий 3, титан 5, вольфрам 4;1st composition - oxides of aluminum 40, calcium 18, magnesium 12, tungsten 8, niobium 7, zirconium 3, as well as niobium 3, titanium 5, tungsten 4;

2-й состав - оксиды алюминия 45, кальция 17, магния 11, вольфрама 7, ниобия 7, циркония 3, а также ниобий 2, титан 4,5, вольфрам 3,5;2nd composition - oxides of aluminum 45, calcium 17, magnesium 11, tungsten 7, niobium 7, zirconium 3, as well as niobium 2, titanium 4,5, tungsten 3,5;

3-й состав - оксиды алюминия 50, кальция 16, магния 10, вольфрама 7, ниобия 6, циркония 2, а также ниобий 2, титан 4, вольфрам 3.3rd composition - oxides of aluminum 50, calcium 16, magnesium 10, tungsten 7, niobium 6, zirconium 2, as well as niobium 2, titanium 4, tungsten 3.

Сравнительный анализ результатов испытаний (см. таблицу) свидетельствует о том, что применение предлагаемого нами состава МКП позволяет повысить рабочую температуру спая с сохранением его вакуумной плотности не менее чем на 40°C по сравнению с прототипом, а как следует из той же таблицы, правильный выбор состава МКП может повысить это значение более чем на 100°С.A comparative analysis of the test results (see table) indicates that the use of our MCP composition allows us to increase the working temperature of the junction while maintaining its vacuum density by at least 40 ° C compared to the prototype, and as follows from the same table, the correct the choice of the composition of the MCP can increase this value by more than 100 ° C.

Температуры разгерметизации спаев приведены в таблице.The temperatures of the depressurization of junctions are given in the table.

Состав МКПMCP composition Станд. ДНаТ400Stand. DNAT400 ПрототипPrototype 1 состав1 composition 2 состав2 composition 3 состав3 composition Температура разгерметизации спая, CJunction depressurization temperature, C 925925 970970 Отгорел токовводFused current lead 990990 955955 970970 864864 903903 972972 10351035 970970 10081008 890890 Среднее знач. ТMean T 962962 992992 943943

Целью настоящего изобретения является повышение термической и адгезионной способности спая. Указанная цель достигается тем, что металлокерамический припой имеет следующий состав, вес.%:The aim of the present invention is to increase the thermal and adhesive ability of the junction. This goal is achieved in that the ceramic-metal solder has the following composition, wt.%:

Оксиды алюминияAlumina 40-5040-50 кальцияcalcium 16-1816-18 магнияmagnesium 10-1210-12 вольфрамаtungsten 7-87-8 ниобияniobium 6-76-7 цирконияzirconium 2-32-3

а такжеas well as

ниобийniobium 2-32-3 титанtitanium 4-54-5 вольфрамtungsten 3-43-4

Данный металлокерамический припой способен обеспечить длительность работы НЛВД с повышенной удельной электрической нагрузкой до 12000 часов, а так же существенно повысить качество выпускаемых ламп и значительно расширить их практическое применение.This ceramic-metal solder is capable of ensuring the duration of NLVD operation with increased specific electric load up to 12000 hours, as well as significantly improving the quality of the produced lamps and significantly expanding their practical application.

Claims

Ceramic-metal solder containing oxides of aluminum, calcium, zirconium, niobium tungsten and magnesium and niobium, characterized in that it additionally contains titanium and tungsten in the following ratio of components, wt.%:
aluminium oxide 40-50 calcium oxide 16-18 magnesium oxide 10-12 tungsten oxide 7-8 niobium oxide 6-7 zirconium oxide 2-3 niobium 2-3 titanium 4-5 tungsten 3-4