способ соединения стекла, пьезоэлектрического кристалла с металлическим слоем из сплава на основе алюминия

Формула изобретения

1. Способ соединения стекла, пьезоэлектрического кристалла с металлическим слоем из сплава на основе алюминия путем нанесения промежуточного покрытия на соединяемые поверхности и последующей пайки, отличающийся тем, что промежуточное покрытие выполняют из никеля методом электронно-лучевого испарения при одновременном облучении низкоэнергетическими ионами аргона с энергией не менее 5 КэВ, плотностью ионного потока до 150 МкА/см² при скорости напыления никеля не более 20 нм/с и при температуре металлического слоя из сплава на основе алюминия до 120^oС, а последующую пайку производят при температуре ниже температуры деполяризации пьезокристалла, причем в качестве припоя используют сплавы на основе олова.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что металлический слой из сплава на основе алюминия выполняют в виде радиатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии изготовления многослойных изделий, обеспечивающих передачу акустической энергии с минимальными потерями на границах различных материалов. Изделия могут применяться, например, в слабокислых и слабощелочных средах.

Для создания неразъемных соединений химически невзаимодействующих веществ на каждый соединяемый материал наносят металлические слои (см. Япония, патент N 48-12850, кл. C 03 C 27/00, 1973) низкотемпературного сплава, с последующей пайкой припоем. При этом адгезия между соединяемыми материалами не должна теряться из-за нагрева при пайке.

Данный способ соединения требует применения сложного по составу промежуточного слоя, но хотя и представляет собой прочное соединение невзаимодействующих веществ, однако не обеспечивает "сплошной" акустической среды между слоями.

Техническим результатом изобретения является создание термически стабильного, механически прочного соединения стекла, пьезоэлектрического кристалла и металла с минимальными акустическими потерями между слоями.

Указанный результат достигается тем, что в качестве металлического слоя используют сплав на основе, например, алюминия. Промежуточный слой для покрытия соединяемых поверхностей выполняют никелем методом электронно-лучевого испарения и осаждения при одновременном облучении низкоэнергетическими ионами аргона с энергией не менее 5 кэВ плотностью ионного потока до 150 мка/см² при скорости напыления никеля не более 20 нм/с и температуре подложки до 120^oС. Последующую пайку проводят при температуре ниже температуре деполяризации пьезокристалла, например не более 200^oC. В качестве припоя используют сплавы на основе олова.

Для выполнения указанного соединения прежде всего был выбран материал металлического слоя, радиатора, сплав на основе алюминия, как обладающий наиболее близкий по акустической плотности к стеклу. Оба эти материала обладают малоотличающимися скоростями распространения звука.

Кроме того, для данного соединения был выбран материал промежуточного слоя, который обладает оптимальной растворимостью с материалом припоя и создает неразъемное соединение, а в то же время в твердом состоянии обладает незначительной растворимостью, чтобы взаимная диффузия в процессе эксплуатации не привела к химическим изменениям подслоев, что приводит к потере адгезии. Таким требованиям отвечает никель. Он использован в качестве промежуточного слоя. В качестве припоя использовались сплавы на основе олова. Главным ограничением при выборе материала припоя является температура плавления, которая не должна быть высокой из-за низкой стойкости стекла к термомеханическим воздействиям, но в то же время материал припоя обладает достаточной стойкостью к механическим воздействиям, генерируемым ультразвуковым излучателем.

Промежуточный слой из никеля на стекле выполняют методом электронно-лучевого испарения при одновременном облучении низкоэнергетическими ионами инертного газа-аргона. При этом перенос массы выбитыми атомами, образующимися в объеме промежуточного слоя и подложки при ионном воздействии, доминирует над переносом массы за счет радиационно-стимулированной или термической диффузии. Энергия ионов не должна превышать 5 кэВ, что исключает наличие радиационной опасности при работе.

Плотность ионного потока до 150 мкА/см². Скорость осаждения никеля до 20 нм/с. Параметры способа позволяют использовать при массовом производстве имеющуюся техническую базу. Температура радиатора до 120^oC. Нанесение никелевых покрытий на алюминий и пьезоэлектрические кристаллы проводят при тех же режимах, что и для стекла.

Для создания покрытий под пайку используют установку УВН-75, дооборудованную ионным источником. Эта установка позволяет достигать заданной энергии ионов при необходимой плотности ионного потока. Атомизацию никеля осуществляют методом электронно-лучевого испарения, приняв меры по предотвращению выброса рабочего тела из охлаждаемого тигля.

Пайку деталей изделия проводят традиционно. После охлаждения и затвердения паяного слоя пьезокристалл разряжают, приводя его в контакт с заземленным проводником.

Разработанный способ соединения стекол, пьезокристаллов с металлическим слоем из сплава на основе алюминия позволил создать высокопрочное, термически стабильное неразъемное соединение в одном узле, где металлический слой является радиатором. Такой результат позволяет изготовить устройство которое обеспечивает передачу акустической энергии с минимальными потерями на границах материалов.