МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ ПРИПОЙ
CERMET SOLDER

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).
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.%:
Окись кальция
10-15
Окись циркония
1-5
Окись ниобия
5-25
Окись вольфрама
7-15
Окись магния
15-17
Ниобий
2-3
Окись алюминия
- Остальное
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.
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.
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).
Составы МКП, вес.%:
прототип - окись кальция 10, окись циркония 5, окись ниобия 20, окись вольфрама 10, окись магния 15, ниобий 3, окись алюминия 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;
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;
3-й состав - оксиды алюминия 50, кальция 16, магния 10, вольфрама 7, ниобия 6, циркония 2, а также ниобий 2, титан 4, вольфрам 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.
Температуры разгерметизации спаев приведены в таблице.
Состав МКП
Станд. ДНаТ400
Прототип
1 состав
2 состав
3 состав
Температура разгерметизации спая, C
925
970
Отгорел токоввод
990
955
970
864
903
972
1035
970
1008
890
Среднее знач. Т
962
992
943
Целью настоящего изобретения является повышение термической и адгезионной способности спая. Указанная цель достигается тем, что металлокерамический припой имеет следующий состав, вес.%:
Оксиды алюминия
40-50
кальция
16-18
магния
10-12
вольфрама
7-8
ниобия
6-7
циркония
2-3
а также
ниобий
2-3
титан
4-5
вольфрам
3-4
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.