припой для бесфлюсовой пайки

Формула изобретения

1. Припой для бесфлюсовой пайки разнородных материалов, содержащий галлий, медно-серебряный сплав, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид алюминия, цинк и латунь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Галлий	32-45
Медно-серебряный сплав	8-12
Оксид алюминия	0,5-3
Цинк	3-7
Латунь	остальное.

2. Припой по п.1, отличающийся тем, что латунь содержит цинк до 37 мас.%, остальное медь.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пайке диффузионно-твердеющими припоями на основе галлия и может быть использовано для получения неразъемных соединений разнородных материалов, в частности для низкотемпературной бесфлюсовой пайки керамики с металлами.

Известен припой на основе серебра (патент РФ № 2367552, МПК B23K 35/28, C22C 5/08, опубл. 20.09.2009), содержащий компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Серебро	39-41
Медь	30-35
Цинк	22-36
Индий	1-3
Олово	1-2

Недостатком этого припоя является высокое содержание серебра, сложность нанесения порошкового припоя на припаиваемые поверхности, высокая температура пайки.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому является припой для бесфлюсовой пайки (патент РФ № 2317882, МПК B23K 35/26, опубл. 27.02.2008), включающий галлий, медно-серебряный сплав с размером частиц 5-10 мкм, медно-оловянный сплав с размером частиц 40-60 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Галлий	45-50
Медно-серебряный сплав	8-12
Медно-оловянный сплав	остальное

Недостатком этого припоя является высокое содержание галлия, высокая хрупкость и низкая прочность паяного соединения керамики с металлами из-за разности коэффициентов температурного расширения припаиваемых керамики и металлов.

Задачей изобретения является снижение расхода дорогостоящего галлия и повышение прочности паяного соединения керамики с металлами.

Поставленная задача решается тем, что припой для бесфлюсовой пайки разнородных материалов, включающей галлий, медно-серебряный сплав, согласно изобретению дополнительно содержит оксид алюминия, цинк и латунь, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Галлий	32-45
Медно-серебряный сплав	8-12
Оксид алюминия	0,5-3
Цинк	3-7
Латунь	остальное

В латуни содержится цинк до 37 мас.%, остальное - медь.

Пример:

Для получения припоя были приготовлены три смеси компонентов, массовый состав которых приведен в табл.1.

Таблица 1
№ состава	Состав припоев
Медно-серебряный сплав	Галлий	Оксид алюминия	Цинк	Латунь
1	8	32	0,5	3	Остальное
2	10	37,5	2	5	Остальное
3	12	45	3	7	Остальное

Для приготовления припоя использовались: галлий; цинк с размером частиц 10-20 мкм; латунь с содержанием цинка до 37 мас.%, остальное - медь, с размером частиц 40-60 мкм; медно-серебряный сплав с содержанием меди 28 мас.%, серебро - остальное, с размером частиц 5-10 мкм и оксид алюминия с размером частиц 0,7 мкм. На первом этапе галлий помещают во фторопластовый тигель, нагревают до температуры 40-60°C и при механическом перемешивании вводят цинк. Введение цинка в расплав галлия понижает температуру плавления и обеспечивает равномерное распределение компонентов смеси в пасте. На втором этапе в полученный расплав вводят латунь, медно-серебряный сплав, оксид алюминия и механически перемешивают до получения однородной массы.

Полученную пасту применяют сразу после ее приготовления. Для осуществления процесса пайки пасту наносят на предварительно облуженные галлием заготовки равномерным тонким слоем и подвергают изотермической выдержке при температуре 70, 150 и 200°C.

После затвердения производят испытания по определению механической прочности припоев, образцы изготавливают по ГОСТ 28830-90 (ИСО 5187-85). На крутильно-разрывной машине МИ-40КУ определяют прочность паяного соединения на срез. Температура распая была определена по ГОСТ 21547-81 и составила 750-780°C. Критический коэффициент интенсивности напряжений (К_1C) определялся при нагрузке 100 H по методу Палмквиста путем измерения длины трещины, распространяющейся от угла отпечатка пирамидки Виккерса, для этого использовался прибор ТП-7Р-1 и оптический микроскоп ZEISS Observer. Z1m. Результаты испытаний приведены в табл.2.

Использование в составе припоя порошков различной дисперсности обеспечивает высокую скорость фазообразования при взаимодействии порошков с жидким расплавом галлия и цинка и обеспечивает высокую механическую прочность припоя за счет уменьшения внутренней пористости при высокой скорости затвердевания. Введение в состав припоя оксида алюминия частично уравнивает коэффициенты температурного расширения припаиваемых керамики и металла, что также повышает прочность паяного соединения.

Таблица 2
№ состава	Время затвердения (час) при температуре затвердения (°C)	Прочность на срез (МПа) при температуре затвердения (°C)	Критический коэффициент интенсивности напряжений, К1C, МПа·м1/2
	70	150	200	70	150	200	2,9
1	0,8	0,5	0,3	50	55	55	3
2	0,7	0,5	0,25	53	57	57	3,5
3	0,8	0,6	0,35	50	50	50	3
Прототип	0,8	0,5	0,3	46	50	50	2,8

Проведенные испытания показали, что лучшие показатели скорости затвердения, прочности на срез и критического коэффициента интенсивности напряжения получены на припое с составом № 2. Высокая скорость взаимодействия частиц многофракционной смеси с расплавом галлия и цинка позволяют снизить стоимость припоя и увеличить его прочность.