Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Особенности получения паяных соединений металла с диэлектриками 10
1.1. Технологии получение паяных соединений диэлектриков с металлом 10
1.2. Физико-химические процессы, происходящие в процессе пайки металла с прозрачным диэлектриком 14
1.3. Особенности процессов поглощения лазерного излучения металлами 17
1.4. Взаимодействие лазерного излучения с оптически прозрачными диэлектриками 19
1.5. Особенности моделирования теплофизических задач лазерной пайки прозрачных материалов с металлом 32
1.5.1. Аналитические и численные методы расчета тепловых полей в материалах 37
1.6. Выводы и постановка задачи исследования 41
ГЛАВА 2. Объекты, технологии и методы исследования 42
2.1. Материалы, которые возможно применить для получения паяного соединения 42
2.1.1. Прозрачные диэлектрики 42
2.1.2. Припои и активные металлы 50
2.2. Технология лазерной активной пайки прозрачного материала с металлом 52
2.3. Свойства технологических лазеров 54
2.4. Установка для металлизации прозрачного материала 57
2.5 Гальваническая установка для нанесения меди 59
2.6. Рентгеноструктурный анализ прозрачных диэлектриков 61
2.7.Спектрофотометрия 63
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования воздействия лазерного излучения на прозрачные диэлектрики 66
3.1. Исследования полупрозрачных керамических материалов ВК94-1 и ГБ-7, подвергнутых непрерывному лазерному воздействию 67
3.2. Исследование коэффициентов светопропускания различных прозрачных диэлектриков 72
3.2.1. Исследование прямого коэффициента пропускания сапфировой пластины 73
3.2.2. Исследование зависимости интегральною (диффузного) коэффициента пропускания прозрачных диэлектриков от импульса 75
3.3. Измерение зависимости коэффициентов отражения полированного сапфира с титановым покрытием от длины волны 86
3.3.1. Измерение коэффициента зеркального отражения полированного сапфира с титановым покрытием 90
3.3.2. Измерение коэффициента диффузно-зеркального отражения сапфира с титановым покрытием 91
3.4. Расхождение лазерного излучения прошедшею через прозрачный диэлекгрик 93
3.5. Выводы по главе 98
ГЛАВА 4. Пороговых характеристики прозрачных диэлектриков 100
4.1. Определение порога лазерною воздействия на прозрачные диэлектрики 100
4.2. Определение порога лазерного воздействия на прозрачные диэлектрики с покрытием 113
4.3. Выводы по главе 118
ГЛАВА 5. Моделирование процессов лазерной пайки прозрачных материалов с металлом 119
5.1. Физическая модель активной лазерной пайки прозрачною материала 119
5.2. Тепловая модель плоского многослойною соединения с нелинейными краевыми условиями I1I-IV - го рода 120
5.3. Модель оценки критической плотности мощности лазерною воздействия на прозрачный материал 126
5.4. Теоретические режимы получения паяных соединений сапфира с металлом 134
5.5. Получение паяного соединения прозрачного диэлектрика с металлом 142
5.6. Выводы по главе 144
Основные результаты и выводы 145
Литература 147
Приложение 1 163
- Физико-химические процессы, происходящие в процессе пайки металла с прозрачным диэлектриком
- Технология лазерной активной пайки прозрачного материала с металлом
- Исследование зависимости интегральною (диффузного) коэффициента пропускания прозрачных диэлектриков от импульса
- Определение порога лазерного воздействия на прозрачные диэлектрики с покрытием
Введение к работе
Актуальность темы. Прогресс современной техники, требует новых технологий получения прочных соединений диэлектриков с металлами /1/.
Преимуществом соединений, полученных методом пайки, является щадящий температурный режим, в результате которого достигаются температуры ниже температур плавления соединяемых материалов, что позволяет сохранять их іеплофизические свойства 121.
Специфическими преимуществами лазерной пайки являются высокая точность, локальность теплового воздейсівия, пайка материалов может проводиться на воздухе, не требует дорогих и энергоемких вакуумных камер и защитных сред, возможен автоматизированный контроль технологического процесса, а также выполнение прецизионных работ под микроскопом в чрезвычайно тонком поперечном сечении /3/.
Существует большое число работ /4-14/, посвященных пайке непрозрачных диэлектриков (керамических материалов) с металлами, однако процесс пайки металлов с прозрачной керамикой изучен недосгаючно, что обьясняется значительно серьезными трудностями при проведении экспериментов и моделировании тепловых процессов, происходящих при пайке металлов с керамикой. Под профачными диэлектриками понимались материалы, основное свойство которых состоит в том, что лазерное излучение с определенной длиной волны, проходит через образец, не нагревая его.
Теплофизические процессы в условиях высокоэнергетического воздействия достаточно хорошо изучены теоретически на модельных задачах /15-22/, однако, при этом недостаточно теоретических исследований, максимально приближенных к іехнологии. Особые сложности возникают при моделировании теплофизических процессов,
происходящих при воздействии импульсного лазера на материал.
Большинство выполненных исследований сосредоточено на рассмотрении широко распросіраненньїх конструкционных маїериалов, поз тому построение физико-матемаїической модели пайки максимально приближенной к технологии является актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является разработка и обоснование возможности применения способа лазерной активной пайки прозрачного диэлектрика с металлом, при лазерном нагреве зоны пайки через прозрачный диэлектрик, а также исследование условий, при которых возможно формирование контакта прозрачный диэлектрик-металл.
Паяные соединения іакоіо класса используются в микроэлектронике, электротехнике, вакуумной технике, теплотехнике и других отраслях промышленности.
Методологической основой работы явился проведенный анализ научно-технической литературы но проблемам получения паяных соединений, применение современного оборудования и стандартных методик исследования свойств материалов, а также теплофизические представления о процессах пайки, основанные на классических теориях теплофизики и термомеханики.
Достижение указанной цели реализовано путем решения следующих научно-практических задач:
1. определение оптических свойств прозрачных диэлектриков в
видимой и ближней ИК-области;
2. исследование порогов разрушения прозрачных диэлектриков;
3. разработка метода оценки порогов разрушения прозрачною
диэлектрика при лазерном воздействии;
4. построение физической и математической модели лазерной пайки прозрачного материала с металлом для определения оптимальных режимов лазерного воздействия.
Научная новиша работы состоит в следующем:
предложен способ получения паяных соединений лазерным излучением через прозрачный диэлектрик с металлом;
предложена математическая модель лазерной пайки прозрачного материала с металлом для многослойных плоских образцов;
определены коэффициенты отражения от границы прозрачный диэлектрик - металлизирующее покрытие в видимой и ближней ИК-области;
исследованы пороги и характер разрушения различных типов плоских прозрачных диэлектриков при прохождении через них лазерною излучения с фокусировкой на покрытии, нанесенного на нижнюю поверхность прозрачного образца.
Основные положения выносимые на защиту.
Разработан способ лазерной активной пайки через прозрачный диэлектрик с металлом, отличающийся от известных технологий спецификой фокусировки лазерного излучения.
Предложено граничное условие Ш-рода для матемашческой модели лазерной пайки плоскою прозрачного диэлектрика с меіаллом, с внуїреиним источником тепла, расположенною на границах слоев прозрачный диэлектрик - металл.
Разработана на основе термоупругой модели методика оценки порогов разрушения прозрачного диэлектрика в процессе лазерного воздействия при пайке.
4. Установлено, что при лазерном воздействии механизм разрушения прозрачных диэлектриков (сапфир, ВК100-1, А-100) аналогичен механизму разрушения стекол.
Практическая ценность и реализация резулыаюв. Проведенные экспериментальные исследования оптических характеристик прозрачных диэлектриков при лазерном воздействии дополняют теорию физики взаимодействия высококонцентрированных источников энергии с веществом.
Найденные пороговые характеристики и оптические свойства прозрачных диэлектриков необходимы при разработке технологических режимов пайки прозрачных материалов с металлом.
Разработанная методика определения пороговых значений лазерною воздействия может быть использована для различных прозрачных материалов.
Предложенная математическая модель будет полезна при моделировании и расчете технологических режимов лазерной пайки прозрачною диэлектрика с металлом. Возможность моделировать процессы при разной длительности и форме лазерною импульса, при изменении материала и его геометрии позволяет существенно упростить процесс поиска оптимальных режимов пайки.
Результаты исследований оптических характеристик прозрачных диэлекгриков при лазерном воздействии могут быть использованы в учебном процессе при чтении дисциплины «Технология лазерной обработки материалов», а также при подготовке курсовых и дипломных рабої студентов инженерно-физических специальностей.
Me і оды, основанные на базовых положениях теории математического моделирования, расчета и анализа на ЭВМ тепловых процессов при лазерной пайке, были разработаны в рамках научною грата (№ 02-02-
17812) РФФИ «Физико-химические процессы, про і екающие в меіаллокерамическом соединении при воздействии лазерного излучения»; исследования оптических свойсів прозрачных диэлектриков и способ лазерной пайки металла с прозрачными диэлектриками реализованы в рамках грантов Министерства образования РФ: «Развитие научной школы в области обработки материалов высококонцентрированными источниками энергии в Амурском государственном университете» и «Постановка и совместное решение задач с подвижными границами и термоупруї ости для многослойных материалов при лазерном воздействии»
Апробация рабо і ы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались: на пятой региональной научно-практической конференции «Молодежь XXI века шаг в будущее» (г. Благовещенск, 2004 г.); на региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов (г. Владивосток, 2003 - 2005 г.г.); на VI региональной научной конференции по физике: фундаментальные и прикладные исследования, образование (г. Благовещенск, 2006 г.) и др.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 рабо і.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, общих выводов, списка использованных источников (166 наименования).
Работа с приложениями выполнена на 174 страницах, содержит 23 таблицы, 56 рисунков, 7 приложений.
Физико-химические процессы, происходящие в процессе пайки металла с прозрачным диэлектриком
Вследствие диффузионных процессов реакции могут про і екать также в объеме соединяемых материалов. Деление процесса образования связи между неметаллическим диэлектрическим материалом с металлом на этапы, не совсем правомочно. Так как в процессе образования связи, данные этапы могут развиваться как независимо друг от друга, так и одновременно /24,25/.
Изменение потенциальной энергии аюмов в трехэтапном процессе представлено на (рис. 1.1). Первоначально процесс развивается но кривой 1, изменяется энергия физической адсорбции. В состоянии хемосорбции (кривая 2) агом переходит в ючку Л, но для эгого ему должна быть сообщена энергия активации ЕЛ (энергия перехода от физической адсорбции к хемосорбированному состоянию).
В обычном состоянии ионы металлов покрыты оксидными пленками, поэтому энергия активации для преодоления хемосорбционною барьера керамики и сгекла с окисленной поверхностью меіалла выше, чем при соединении с чистыми поверхностями металлов.
Преодоление атомами потенциальною барьера происходит за счет энергии, подводимой извне. В итоге между металлом и немеїаллом образуется координационно-ковалентная связь. Кроме общего характера взаимодействия металлов с неметаллами, в частности с оксидами, которые в подавляющем большинстве случаев составляют основу керамики и стекла, следует учиїьівать и вид топохимической реакции: соединения или замещения. При соединении материалов по реакции соединения, как правило, образуются двойные оксиды, в большинстве случаев шиинельной структуры. При соединении но реакции замещения происходит замещение металла из оксида керамики или стекла соединяемым металлом. Освободившийся металл растворяется в поверхностном слое оксидов /25/. Прочность образовавшеюся соединения в обоих случаях во мноюм зависит от степени соответствия друг другу решеток кристаллов или структурных комплексов (в случае стекла) образовавшихся продуктов реакции. Данное соответствие определяется отношением ионных радиусов взаимодействующих атомов: катиона металла и аниона (иона кислорода или другого вещества). Наиболее оптимальное соотношение ионных радиусов при соединении через оксидные пленки на металлах достигается для оксидов низшей валентносіи (MnO, FeO, NiO и др.). Поэтому сущееівует известная закономерность: для лучшей адгезии на поверхности металла необходимо создавать низший оксид. Отметим также, что в некоторых случаях тип топохимической реакции в процессе соединения металла с материалом может изменяться от реакции соединения к реакции замещения либо наоборот, либо эти реакции могут протекать совместно. В основе лазерной обработки металлов лежит способность лазерного излучения создавать на малом участке поверхности высокие плотности теплового потока, достаточные для нагрева, плавления или испарения материала. Это связано с термическим эффектом поглощения излучения непрозрачными твердыми телами /26/. Известно большое число различных моделей взаимодействия лазерного излучения с металлом, основные и широко апробированные в насюящее время предеіавленьї в работах: Н.Н. Рыкалина, Л.А. Углова, И.Ю. Смуров, Л.Г. Григорьянца и др /16-22/. Рассмотрим основные особенности процессов поглощения лазерного излучения металлами. Световой поток лазерною излучения, направленный на поверхносіь обрабатываемого материала, частично отражается от нее, а частично проходит в глубь тела. Излучение, проникающее в глубь металла, ноиющается свободными электронами проводимости в приповерхностном слое толщиной 0.1-1 мкм /17/. Это приводит к повышению энергии электронов и к интенсификации их столкновений между собой. Энергия, поглощенная электронами за время tliai=10 " с передается кристаллической решетке металла, что будет харакіеризовать его тепловое состояние двумя значительно различающими температурами: электронной Тс и решетчатой Т„ причем Тс» Т, /27/. ИНТЄНСИВНОСІЬ Передачи ЭНерГИИ СВОбоДНЫХ ЭЛеКфОНОВ 01 кристаллической решетки с течением времени возрастает. Начиная с времени релаксации Трс1 10"9 с, разность температур Тс - Т, становится минимальной, и тепловое состояние материала можно харакіеризоваїь общей температурой металла Тм при условии, что плотность мощности излучения в зоне обработки не превышает 10 Вт/см". Основная доля теплоты при лазерном нагреве переносится в глубь материала посредством электронной проводимости. Таким образом, іеиловьіе процессы при лазерном нагреве имеют іу же физическую природу, что и традиционные способы теплового воздействия на металлы. Это дает основание рассматривать распространение теплоты в металлах при лазерной обработке с классических позиций теории теплопроводности /28/. Лазерное воздействие на металлический материал може і сопровождаться фазовыми, структурными превращениями. Неравномерный нагрев и изменение объёма тела вследствие температурного и диффузионного расширения, а также расширения за счёт фазовых и структурных превращений, приводит к образованию упругих и пластических деформаций. Пластические деформации, остающиеся в материале после его полного охлаждения являются причиной воздействия остаточных напряжений. Математическое описание всего спектра данных процессов с учётом их взаимовлияния достаточно сложно и в настоящее время практически не реализовано. Поэтому на практике, исходя из условий конкретной задачи, принимают во внимание лишь часть процессов, а остальными пренебрегают.
Технология лазерной активной пайки прозрачного материала с металлом
Для сверхкоротких лазерных импульсов накопление необра і имых изменений в окрестности поглощающей неоднородности усиливается вследствие возникновения неравновесного состояния. Эксперимешально наблюдаемая картина лазерного разрушения для сверхкоротких лазерных импульсов не противоречит концепции об определяющей роли поглощающих включений в процессе разрушения.
Вывод о возможности абляционного механизма разрушения (без трещинообразования) справедлив как для несобственных (инициированных поглощающими включениями), так и собственных (лавинная и мноюфотонная ионизация) механизмов разрушения /55/.
Механизмы лазерного разрушения достаточно чистых (не содержащих крупных включений) оптических материалов в отсугсгвие влияния крупных поглощающих дефектов обьясняюіся на основе механизма электронной лавины, развивающейся в чистом диэлекфике /58, 59/.
Механизм электронной лавины, согласно современным представлениям, развивается в чисюм диэлектрике следующим образом: в области с большим локальным электрическим полем начальные электроны образуются при многофотонной ионизации атомов и поглощают световые кванты энергии при столкновениях с атомами или ионами. После набора энергии, большей, чем потенциал иони тции, каждый электрон с большой вероятностью ионизует атом. В результате этого процесса один электрон порождает два электрона с меньшей энергией, которые начинают весь цикл заново. Наличие начальных свободных электронов иногда связывается с небольшим количеством примесей в среде.
Существенную роль в процессах лазерного разрушения прозрачного диэлектрика могут играть эффекты: самофокусировка, самодефокусировка и вынужденное рассеяние излучения в исследуемой среде. Влияние первою эффекта, приводящего к сильному увеличению интенсивносі и на оси пучка распространяющегося в среде излучения, обнаруживается в разрушении многих оптических материалов, в частности в лазерных стеклах и кристаллах. Порог разрушения в этом случае определяется не оптической стойкостью материала, а порогом самофокусировки. Самодефокусировка и вынужденное рассеяние, приводят к уменьшению интенсивности в среде и препятствуют возникновению разрушения /51/.
Присутствие трещин в прозрачном диэлектрике приводит к уменьшению его оптической прочности но ряду факторов: в следсівии многократного отражения света от стенок трещины напряженность электрического поля в некоторых точках материала будет существенно превышать напряженность электрического ноля падающей волны, что приводит к увеличению вероятности многофотонной ионизации, электронной лавины и др /45, 62, 77/.
Положение линзы, фокусирующей лазерное излучение, по оіношению к границам прозрачной среды влияет на порог и характер образующегося разрушения. Различают три типа разрушений прозрачных диэлектриков: 1. Разрушение поверхносіи происходит при фокусировке на неё лазерного излучения и всегда сопровождается яркой искрой. 2. Разрушение нижней поверхности образца при фокусировке на нее лазерного излучения. 3. Объемное разрушение наблюдаемся при фокусировке излучения внутрь образца и сопровождается высокотемпературным свечением. Пороги поверхностного и объемного разрушений в большинстве случаев значительно различаются: энергия объемною разрушения мною больше энергии поверхносшого разрушения. Процесс лазерного разрушения прозрачных материалов можно разбить на два этапа. На первом происходит поглощение энергии лазерного излучения, коюрое может быть связано с наличием примесей или быть свойством чистою материала. На втором этапе поглощенная энергия приводит к локальному возрасіанию іемперагурьі и необратимому изменению материала /74, 78/. Наиболее простым механизмом, лазерного разрушения прозрачных диэлектриков, в случае крупных неоднородностеи, является локальное плавление и образование трещин вследствие термоупругих напряжений. Для описания механизма разрушения была развита линейная іеория теплового механизма разрушения /49/. Наличие примеси в прозрачных диэлекфиках может влиять и на многофотонную ионизацию вещеепт в поле интенсивной световой волны. При эгом ионизация твердого тела возможна через промежуючные возбужденные состояния. Роль этих состояний могут играть локальные уровни примесей и дефектов кристаллической peineгки, если их концентрация не очень мала /46/. Тогда, вероятность многофотониой ионизации прозрачного диэлектрика может увеличиться на несколько порядков, приводя к существенному понижению энергии необходимой для ионизации и последующего разрушения образца.
Исследование зависимости интегральною (диффузного) коэффициента пропускания прозрачных диэлектриков от импульса
Данное уравнение получено для сосредоточенною источника и используется для приближенного вычисления температур при краткосрочном действии лазерного источника на поверхность массивного іела. Теория распространения теплоты сосредоточенных источников пошоляег успешно определять темиераіурньїе поля в зонах, удаленных от исіочников на расстояния, превышающие диаметр лазерного излучения в 3-5 раз. Процессы распространения теплоты в зонах, расположенных ближе к источнику, можно достоверно описать лишь с учетом характера распределения плотности мощности в пятне лазерного излучения /126/.
Аналитические выражения просты, их удобно использовать для описания тепловых процессов в соответствующих случаях лазерной обрабоїки материалов. Однако расчет по этим формулам не всегда обеспечивает хорошее совпадение с экспериментом, так как в реальных условиях лазерного нагрева теплофизические свойства являются непостоянными. Практическое применение формул, полученных в линейной постановке задачи, ограничивается оценочными расчетами іемператур в области нагрева ниже іемператур плавления металлов /4/.
Для аналитическою решения іепловьіх задач со сложными граничными условиями широко применяют метод интегральных преобразований. Известны решения температурных задач применительно к лазерной сварке, позволяющие учесть теплофизические свойства свариваемых материалов /1/. 13 том случае, когда тело можно рассматривать бесконечно протяженным хотя бы по одной координате, удобно пользоваться преобразованиями Фурье /95-98/.
В некоторых случаях аналитические выражения не удобны для практического применения, так как получение конкретных значений входящих в них выражений требует дополнительного использования аппарата вычислительной математики. В случаях, когда изменение теилофизических свойств может быть описано начальными членами соответствующих рядов Тейлора, аналитическое решение отдельной частной задачи с последующей обработкой результатов на ЭВМ может оказаться оперативней расчета в числовом виде /99/.
Аналитические решения нелинейных задач теории теплопроводности осуществляются прямыми методами математического анализа, например методом Л. В. Канторовича. Эти методы можно успешно применять для расчетов тепловых процессов с учетом нелинейности теплофизических свойств/100/.
В целом аналитические решения нелинейных задач теплопроводности успешно используются в относительно просі ых схемажшрованных случаях, при решении отдельных задач. А также для установления качес і венных зависимостей в упрощенных иосіановках задач/101/.
Основной особенностью теплофизических задач, решаемых аналитическими методами, является рассмотрение распространение тепла в бесконечном или полуограниченном теле. При исследовании тепловых полей в ограниченных телах, на границах возникают нелинейные граничные условия вследствие рассмотренных выше законов излучения, конвекции и т.д. В аналитическом виде решение получить невозможно. Полому в данном случае прибегают к использованию численных методов решения.
Для решения сложных технических задач нелинейной теплопроводности, возникающих в практических случаях лазерной обработки материалов, более перспективными представляются численные методы. Они получили широкое развитие в последние годы в связи с возросшими возможностями современных вычислительных средств.
Результаты расчетов могут быть более точны, если получены при учете характера изменения теплофизических свойств материала /102/. Это приводит к необходимости решения нелинейных дифференциальных уравнений теплопроводности. Решения задач еще более усложняются тем, чю источник теплоты вследствие зависимости поглощательной способности от температуры также дополнительно вносит нелинейносіь в дифференциальное уравнение. К этому дополниіельно добавляется нелинейность граничных условий. Таким образом, при математическом описании процессов, происходящих при лазерной обработке, мы получаем сложную систему нелинейных дифференциальных уравнений /103, 104/.
Так как в общей постановке такие системы не поддаются аналитическому решению, то использую і различные приближенные меюды решения на основе аналитических представлений, численных и статистических методов/105/.
И} численных методов расчета для решения задач нелинейной теплопроводности широко применяют метод конечных разностей, метод конечных элементов, метод релаксаций, метод прямых и другие. Среди них наиболее распространенным в теории теплопроводности является метод конечных разностей (МКР). Несмотря на большое число работ, посвященных разработке этого метода, сто использование для анализа конкрешых технологических задач сдерживается отсутствием доступных для исследователя методик, простых и удобных в обращении /106-110/.
Опубликовано большое число разработок вариационно-разностного метода, в основе которых решение дифференциальных уравнений представляется в вариационной формулировке с использованием дискретных моделей. Этот принцип решения чаще всего реализуется на основе метода конечных элементов. В общем случае под методом конечных элементов понимают определенную процедуру расчеюв, в коюрой континуальное представление задачи заменяется дискретной моделью.
Определение порога лазерного воздействия на прозрачные диэлектрики с покрытием
Припои. Рассмотрим основные типы припоев. При пайке используют мягкие или твердые припои в зависимости от рабочей гемпераіурьі эксплуатации /121, 122/.
Мягкими припоями называются сплавы с температурой плавления до 620 К (припои на основе свинца и олова: ПОС-40 и ПОС-61). Эти припои технолоіичньї, хорошо растекаются по серебряным и медным покрытиям. Однако тонкое серебряное покрытие, полученное путем вжигания пасты, частично растворяется в этих припоях, что приводит к ухудшению электрического и механического контактов и потере іермеїичности. Это заставляет использовать специальные припои для посеребренной керамики /123/. Составы и некоторые свойсіва таких припоев, приведены в приложении 2.
Пайку необходимо вести небольшой мощностью в течение времени не более 5 с. Обязательное выполнение этих двух требований Связано с тем, что длительное воздействие расплавленного припоя приводит к полному растворению серебряного покрытия. Чем выше температура припоя, тем больше скорость растворения серебра.
В качестве твердых припоев (приложение 3) служат сплавы и металлы с температурой плавления выше 873 К (серебро, медь, эвтектический состав Ag-Cu) Пайка твердыми припоями должна производиться в восстановительной среде для защиты or окисления металлического покрытия на прозрачном материале и арматуры или за очень короткий промежуток времени. Твердые припои допускают рабочую іемнераіуру изделий до 473 К и выше. Припой закладывается в мес і а пайки в виде проволоки или фолы и.
К материалам припоев предъявляют следующие іребования: малая вязкость; низкое давление пара при температурах пайки; узкий ишервал плавление-кристаллизация; минимальное газосодержащие; максимальная прочность и пластичность.
Дефицитность и высокая стоимость серебряных припоев существенно ограничивает возможность их использования и вызывает необходимость применения припоев из недрагоценных металлов, в частности меди /89/.
Медь это мягкий, ковкий металл, обладающий в отожженном состоянии при температуре 293 К следующими свойствами: твердость по Бринеллю - 350...500 МПа, предел прочности при растяжении - 196...250 МПа, предел текучести - 49...147 МПа, модуль упругости (11.5...13.2)-104 МПа, теплоемкость - 384 и 430 Дж/(кг-К), удельное электросопротивление -(16.8...18)- 10"9 Ом-м, скорость испарения - 1.4-10"9 г/(см2-с) при 1078 К и 1.3-10 6г/(см2-с)при 1308 К.
Из-за малой химической акшвности медь не взаимодействует с сухим воздухом и кислородом при температуре ниже 458 К. При нагревании меди на воздухе происходит поверхностное окисление: до 648 К образуется черная окись СиО, в интервале 648...1273 К - двухслойная окалина, в поверхностном слое которой находится СиО, а во внутреннем -красная закись СигО, что определяет различную цветовую гамму оттенков от красного до черного.
Медь является наиболее распрос і раненным металлом для получения соединений с корундовыми и высокоглиноземисшми керамическими материалами, такими как микролит, ГБ-7, ВК94-1, ВК100-1 и т.д./124/ Активные металлы. В основе способа получения паянного соединения методом активных меіаллов лежит взаимодействие активного меіалла шіана (циркония) с окислами керамики. Гитан существует в двух кристаллических модификациях: низкоіемпераіурной (а-ТІ), которая имеет гексагональную плотно упакованную решетку, и высокотемпературной (5-ТІ), имеющей кубическую объемно-центрированную решегку.
Плотность чисюю а-титана - 4.505 г/см при температуре 293 К, 5-і и гана - 4.32 г/см3 при 1173 К, жидкого титана технической чистоты -4.11 г/см3 при температуре кристаллизации; скорость испарения 1.1-10-"7 г/(см"-с) при 1407 К и 9.5-10 г/(см2-с) при 1819 К; средняя удельная теплоемкость 543 Дж/(кг-К) при 293...373 К, 556 при 293...473 К, 581 при 293...673 К, 598 при 293...873 К, 619 при 293...1073 К и 690 при 293...1273 К; удельное электросопротивление при 293 К титана 420-10" Ом-м.
Титан (цирконий) образует, эвтектические сплавы почти со всеми металлами и обладает высокими механическими свойствами. Его харакіерисгики при эксилуатции соединений мало изменяются во всем температурном интервале. Поэтому он применяется как в качестве припоя, іак и вспомоіаіельноіо консірукционною материала для уменьшения угла смачиваемости керамики при пайке высокотемпературными припоями.
На воздухе при обычной температуре титан устойчив к химическим реакциям. При нагревании до 673...873 К покрывается защитной оксидно-нитридной пленкой, при более высоких температурах защитные свойсіва окалины ухудшаются /118/.
