Разработка галлиевых паст-припоев для низкотемпературной пайки медных и титановых сплавов с керамикой (автореферат)

 

Низкая температура плавления (29,8 °С), уникальная способность смачивать различные материалы и низкая упругость пара позволяют использовать галлий в качестве основного компонента диффузионно-твердеющих припоев для низкотемпературной бесфлюсовой пайки разнородных материалов в различных сочетаниях при производстве радиоэлектронной, авиационной, космической и вакуумной техники.
В ряде случаев необходимо получать соединения при температуре,            не превышающей 25-300 °С. Это особенно актуально в процессе монтажа электронных схем, пайки тонких пленок, получения неразъемных вакуумноплотных соединений, так как нагрев может вызвать необратимые структурные изменения, ведущие к снижению (потере) свойств соединяемых материалов и компонентов (в том числе активных), потере вакуумной плотности, распаю ранее запаянных швов.
Применение композиционных паст-припоев на основе галлия позволяет соединять материалы даже при комнатной температуре, может обеспечить электропроводность, вакуумную плотность, требуемый комплекс механических свойств и эксплуатацию полученных соединений при температуре до 900 °С (при соответствующей термической обработке).
Наряду с несомненными достоинствами галлиевые пасты-припои имеют и существенные недостатки, ограничивающие их применение. Прежде всего, это длительное время затвердевания, образующаяся диффузионная пористость и значительная стоимость.
Свойства соединения определяются главным образом характером и кине-тикой взаимодействия галлия с наполнителями и соединяемыми материалами.
В общем случае кинетику процессов, протекающих при контакте твердых и жидких металлов, можно представить состоящей из двух основных стадий.
Первая стадия заключается в установление физико-химического контакта (смачивания) между компонентами и последующего насыщения жидкой фазы при растворении в ней твердой фазы.
Вторая стадия характеризуется протеканием контактно-реактивных процессов (применительно к технологии пайки строго регламентируется скорость и глубина реакции), которые являются определяющими для структурообразования, что и формирует комплекс конструкционных, технологических и функциональных свойств припоя и соединения (изделия).
Анализируя современные достижения в области исследования кинетики  и механизмов межфазных реакций, приходится признать, что несмотря на впечатляющие экспериментальные исследования и теоретическое описание многих процессов, данное научное направление настолько многообразно, что научных и научно-технологических проблем в этой области еще очень много.  В настоящие время недостаточно исследована кинетика взаимодействия много-компонентных дисперсных гетерогенных систем (частиц) с жидкометалличес-кими расплавами, научные результаты в этой области будут полезны при разработке новых технологий пайки.
Применительно к процессам низкотемпературной пайки различных материалов определение кинетических параметров контактно-реактивного взаимодействия, установление взаимосвязи между химическим, фракционным составом, дисперсностью, структурой и свойствами паст-припоев позволит разработать новые составы и технологические режимы для обеспечения требуемого комплекса функциональных свойств соединения на протяжении всего срока службы изделия.
Работа проводилась согласно тематическому плану НИР по заданию Рособразования и при поддержке гранта МО РФ Т02–05.8–3065 «Влияние структуры частиц на скорость контактно-реактивного массообмена и фазообра-зования в жидкометаллических средах».
Объект исследования. Композиционные диффузионно-твердеющие припои на основе галлия с дисперсным гетерогенным наполнителем.
Идея исследования. Определение влияния химического, фазового и гра-нулометрического состава материала наполнителя на технологические               и эксплуатационные свойства галлиевых паст-припоев.
Цель диссертационной работы состоит в разработке составов ускоренно твердеющих галлиевых паст-припоев и технологии бесфлюсовой низкотемпе-ратурной пайки для соединения разнородных материалов (медь – керамика, титан – керамика и др.).