Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) часть 1)

наноразмерных порах) для сплавов G a-In показало возможность разделения областей плавления а - и р- модификаций галлия. Снижение температуры кристаллизации а -Ga до ~ 260 K установлено при содержаниях 94-96 % Ga. В системе с содержанием галлия 85 и 9 1 % снижаются как температура начала плавления р-Ga с 260 до ~ 240 K , так и температура окончания — с 240 до менее ~ 230 K [3]. Большая часть составов диффузионно-твердеющих сплавов получена эмпирическим путем, и до сих пор нет полного понимания закономерностей взаимодействия находящихся в твердом состоянии металлов и жидкой составляющей припоя. Неизвестно, какое из интерметаллических соединений образуется первым, если согласно равновесным диаграммам состояния в системе освобождающихся элементов может существовать несколько интерметаллических соединений (ИМС) [4]. Жидкий галлий «растворяет» большинство металлов, образуя сплавы и интерметаллиды с довольно низкими механическими свойствами. Именно поэтому соприкосновение с галлием приводит многие конструкционные материалы к потере прочности. Однако ИМС галлия с медью и оловом приобретают удовлетворительную прочность и химическую стойкость. Для хорошей адгезии КДТП с поверхностью образца большое значение имеет подготовка поверхности и способ нанесения пасты. Для электрохимического галлирования поверхности образца можно использовать сернокислотный галлиевый или щелочной галлатный растворы. Сплав или электролитический галлий наносится тонким слоем. Для непроводящих материалов возможно создание покрытий при деструкции некоторых соединений из водных растворов или солевых расплавов, а также введение промежуточных проводящих электрический ток пластин между соединяемыми керамическими изделиями [5]. Введение в композит материалов, не взаимодействующих при выбранной температуре, требует обеспечения полного взаимодействия жидкой фазы матричного сплава с одновременно вводимым порошкообразным наполнителем. Способность КДТП к расширению при затвердевании определенным образом способствует более глубокому проникновению пасты в поры и трещины сочленяемых деталей изделия. С целью заделки дефектов в литье, закрепления стержней лазеров в обечайке, торцов кварцевых или стеклянных дисков в металлических рамках (пазах), соединения металлизированных плат с крышками (из ковара, инвара, титана и др.) и т. п. Экспериментально определено, что требуется надежное уплотнение пастой соответствующих полостей с размерами > 0,2 мм и глубиной > 1,0 мм. В таких закрытых полостях необходимое давление возникает самостоятельно, а получаемые сочленения обладают хорошей герметичностью и прочностью. Так, для соединения твердотельных лазеров (рубин, спецстекла) достаточна ширина ободка всего в 2,0 мм. При соединении других материалов приходится исходить из их конструкционных особенностей, например, использовать приемы технологии пайки кварцевых изделий для волнового твердотельного гироскопа. Напылением металла на керамическую, кварцевую или другую непроводящую электрический ток поверхность образцов показано, что лучшими адгезионными свойствами обладает покрытие материалов хромом, по сравнению с напылением железом, никелем или медью. Варьирование состава и структуры (рис.) припоя вследствие появления новых геттерных фаз приводит к изменению механических свойств. На основе исходного КДТП, содержащего 30 % жидкого сплава Ga — In — Sn и 70 % порошка Cu-Sn, заменой части наполнителя порошками металлов Ni, Zr, Nb и H f были получены новые композиционные диффузионно-твердеющие припои- сплавы. Результаты измерения микротвердости полученных композиций в зависимости от состава приведены в таблице. Затвердевание композиции на основе матрицы из галлиевых сплавов с порошками меди или сплавов Cu -Sn происходит в основном с образованием среднетемпературных соединений. Анализ микроструктуры частиц свидетельствует, что на первоначальной стадии затвердевании композита Ga + Cu вокруг частиц образуется тончайший слой 1 - 2 мкм фазы, состоящей из легкоплавкого сплава, насыщенного медью. По мере увеличения продолжительности термообработки происходит нарастание слоя фазы, богатой медью. При введении 60 % неактивированного медного порошка сферической формы (~ 40 мкм) толщина слоя при температуре 100 °С за 10 ч увеличивается до 6 -8 мкм (рис. 1, а). Повышение температуры термообработки до 200 °С приводит к образованию пористой структуры сплава. Пористость снижается при использовании порошков-наполнителей с повышенной активностью и реакционной способностью. Термообработка при 150 °С в течение 6 ч пасты, содержащей 55-65 % медного порошка сферической формы, приводит к полному взаимодействию между компонентами. Подготовленные навески сплава и порошков смешивают в плотно закрытой фторопластовой ампуле в течение 10 -2 0 с в амальгаматоре. Полученная паста обладает хорошими технологическими параметрами, сохраняя пластичность в течение 20 -30 мин [2]. Продление «времени жизни» пасты до нескольких недель достигается заморозкой с последующим оттаиванием перед использованием. Как видно из таблицы, наибольшую твердость имеют материалы, содержащие не более 5 - 10 мас. % порошкового металлического компонента. Дисперсность, форма и состояние поверхности порошка оказывают существенное влияние на реакционную способность в системе «твердое — жидкий сплав». Эффективным методом направленного изменения дефектности металлов и сплавов является метод механической активации, обеспечивающий генерацию неравновесных структур дефектов пластической деформации, что позволяет существенно повысить реакционную способность и синтезировать новые фазы с высокой химической активностью [6]. 469