Формування високоміцних паяних з"єднань нітридокремнієвої кераміки адгезійно-активними припоями системи мідь-галій-титан - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ Інститут проблем матеріалознавства ім. АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукРобота виконана у відділі контактних явищ і пайки неметалевих матеріалів Інституту проблем матеріалознавства ім. Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, академік НАН України Найдич Юрій Володимирович, Інститут проблем матеріалознавства НАН України, завідувач відділом. Панасюк Ала Денисівна, Інститут проблем матеріалознавства НАН України, провідний науковий співробітник; Захист відбудеться 21 жовтня 2002 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.207.03 Інституту проблем матеріалознавства ім.Мета роботи - отримати високоміцні паяні зєднання Si3N4/Si3N4 за допомогою адгезійно-активного припойного сплаву системи Cu-Ga-Ti шляхом розробки та оптимізації методики їх формування на основі виявлення, дослідження і врахування впливових фізичних та фізико-хімічних факторів. На основі проведених досліджень оптимізовано методику формування і отримано паяні зєднання Si3N4/Cu-Ga-Ti/Si3N4 з рекордною на сьогодні середньою міцністю - 740 МПА (мінімальна - 640 МПА, максимальна - 950 МПА) на згин при кімнатних температурах, що становить 90 % від середньої міцності монолітної кераміки, та з дисперсією значень міцності на рівні монолітної кераміки - модуль Вейбула m = 12. В рамках виконання поставлених у роботі завдань було відпрацьовано і впроваджено в малосерійне виробництво технологічний процес кріплення металевих струмопроводів до керамічних нагрівачів на основі нітриду кремнію шляхом впаювання за допомогою Cu-Ga-Ti адгезійно-активного припою металевої пластини-струмопровода між керамічною парою - нагрівальний елемент / нітридокремнієва накладка-компенсатор, що покращило електромеханічні параметри області зєднання та підвищило стабільність режимів експлуатації і надійність керамічних нагрівачів в цілому. Відмічено кращі результати показників міцності нерозємних зєднань Si3N4/Si3N4 і Si3N4/Me (метал), які були одержані останнім часом за допомогою різних методик - пайка адгезійно-активним припоєм, пайка з попередньою металізацією, зєднання через частково розчинну рідку фазу, зєднання через склофазу, дифузійне зварювання. У третьому розділі наведено результати комплексних досліджень процесів контактної взаємодії кераміки з припойним розплавом, структурних особливостей формування перехідних шарів в області зєднання, впливу відпалу та геометричних параметрів області зєднання на термомеханічні властивості і характер руйнування паяних зєднань.Проведено комплексні дослідження процесів змочування і контактної взаємодії в системі кераміка Si3N4 - Cu-Ga-Ti розплав, на основі яких визначено оптимальні склади припойних сплавів та встановлено ефект впливу галію на формування і структуру перехідних шарів на міжфазній границі, який полягає у зменшенні інтенсивності розчинення нітриду кремнію в припої під впливом вибраного складу розчинника титану. Встановлено ефект впливу товщини припойного шару на його міцність в складі зєднання, який полягає у зменшенні ефективної довжини нагромадження дислокацій в площині ковзання в пластичному прошарку на основі мідно-галієвої фази за рахунок появи і перекриття в центральній області зєднання твердих фаз нітридів і силіцидів титану, що утворилися в результаті хімічної взаємодії кераміки Si3N4 з Cu-Ga-Ti припойним розплавом. Виявлено вплив відпалу і товщини металевого прошарку на характер руйнування та величину і дисперсію значень міцності паяних зєднань та запропоновано напрямки підвищення показників міцності зєднань, які полягають у зменшенні величини внутрішніх залишкових термонапружень в кераміці поблизу області зєднання за рахунок зменшення товщини металевого прошарку та (або) внаслідок застосування відпалу. Досліджено характеристики міцності паяних зєднань в широкому інтервалі температур від 20 °С до 800 °С із застосуванням статистичного аналізу за методикою Вейбула та виявлено і проаналізовано зміни характеру руйнування зєднань з когезійного по кераміці на когезійний по припойному шару в залежності від співвідношення міцностей кераміки і припойного шару, де міцність припойного шару визначається його товщиною та температурою випробування. Наведено практичні рекомендації щодо оптимізації процесу формування паяних зєднань Si3N4/Cu-Ga-Ti/Si3N4, на основі яких отримано зєднання з рекордною на сьогодні міцністю - з середнім значенням на згин при кімнатних температурах 740 МПА, що становить 90 % від середньої міцності монолітної кераміки, та з дисперсією значень міцності на рівні монолітної кераміки - модуль Вейбула m = 12.