HÍRADÁSTECHNIKA. Fém-kerámia kötéstechnológiák az eiektroncsoipardan. DR. BUDINCSEVITS ANDOR a műszaki tudományok kandidátusa

HÍRADÁSTECHNIKA Fém-kerámia kötéstechnológiák ° az eiektroncsoiparDan Az ultrarövid hullámok és a mikrohullámok elter­ jedésével az információ és televízió átvitel, valamint a radarberendezések f r e k v e n c i a t a r t o m á n y a kiterjedt a 100 Mc-tól a 10 000 Mc-ig. Ezzel egyetemben a teljesítmény is 200 mW-ról 50 k W - i g n ö v e k e d e t t . Az üveg, m i n t az elektroncsövek v á k u u m t e c h n i k a i szerkezeti anyaga, a növekvő frekvenciáknak és tel­ jesítményeknek kielégítő m ó d o n megfelelni m á r nem t u d o t t . Ultrarövid hullámú adócsövek, mikrohullámú teljesítmény erősítők, klysztronok, magnetronok — ez u t ó b b i a k energia kicsatoló ablakai — a növekvő frekvenciák és teljesítmények i r á n y á b a fém-üveg technológiával, továbbfejleszthetők nem voltak. E t é ­ ren a félvezetők sem hoztak v á l t o z á s t a probléma megoldásában. A fő nehézséget t e h á t abban jelölhetnénk meg, hogy az üveg dielektromos vesztesége a teljesít­ m é n y t követő hőmérséklet emelkedéssel e g y ü t t n ö ­ vekszik. Az üveg ezen a l a p v e t ő anyagi tulajdon­ sága m i a t t a cső üvegrészei a nagyfrekvenciás mező­ ben meglágyulnak és beszívódnak, ami a csövek meghibásodásához vezet. A probléma megoldását a k u t a t ó k a v á k u u m z á r ó oxidkerámia szerkezeti anyagokban t a l á l t á k meg. Miként k o r á b b a n az üveg-elektroncsövek fémbeve­ zetőinél és a fém-üveg adócsöveknél m e g o l d o t t á k ezek v á k u u m z á r ó fém-üveg forrasztását, hasonló­ k é p p e n a fémek és k e r á m i á k v á k u u m z á r ó forrasz­ t á s a v á r t megoldásra. A z á t t é r é s folyamata fokoza­ tos v o l t és t ö b b m i n t k é t évtizedig t a r t o t t . Végül megszülettek a korszerű ultrarövid hullámú és mik­ rohullámú fém-kerámia elektroncsövek, melyek mind a k i b ő v ü l t f r e k v e n c i a t a r t o m á n y o k , mind a teljesít­ ménynövekedés szempontjából — a megfelelő típu­ sok kifejlesztésével — m á r eleget tudnak tenni a fejlődés követelményeinek. A v á k u u m k e r á m i a anyagok elsősorban kis dielekt­ romos veszteségükkel t ű n n e k k i , amely a hőmérsék­ let emelkedésével csak jelentéktelen m é r t é k b e n vál­ tozik. T e h á t az oxidkerámia anyagok kiváló nagy­ frekvenciás szigetelők, nagy mechanikai szilárdsáBeérkezett: 1980. V I I . 18. Híradástechnika

XXXII.

évfolyam 1981. 5. szám

DR. BUDINCSEVITS ANDOR a műszaki t u d o m á n y o k kandidátusa

guk van, hirtelen hőváltozásokra kevésbé érzéke­ nyek m i n t az üveg, lágyuláspontjuk jóval az üzemi hőmérséklet felett van. A v á k u u m k e r á m i á k , m i n t elektroncső szerkezeti anyagok nagy pontossággal g y á r t h a t ó k , az elérhető tolerancia + 0 , 2 m m , u t ó k ö ­ szörülés esetén ez ± 0 , 0 0 5 mm-ig fokozható. T o v á b ­ bi lényeges előnyük az o x i d k e r á m i á k n a k , hogy a technológiai folyamatok alatt m é r e t t a r t ó k maradnak. Szükség v o l t erre, mert a gyors technikai fejlődés ezt megkövetelte. A mikrohullámú elektroncsövek p a r a m é t e r e i n e k állandó szigorítása, egyre növekvő precizitást igényelt a csőgyártóktól, ami a geomet­ riai méretek pontosságában n y i l v á n u l t meg. Az általános tapasztalat is azt mutatta, hogy a mikrohullámok h a s z n á l a t b a vétele csak új szerkezeti anyagokkal és új technológiával oldható meg. A fej­ lődés ü t e m é t gátolni képes a régi technológiák eről­ tetett fejlesztése. Új t a l á l m á n y o k és megoldások csak a szükség kényszerítő h a t á s a alatt születnek. Ez t ö r t é n t a fém-kerámia elektroncsövek esetében is.

Fém-kerámia elektroncsövek F é m e k és oxidkerámiák v á k u u m z á r ó forrasztható­ ságának első felismerésére a I I . világháború alatt a n é m e t e k j u t o t t a k el, az L D típusú m i k r o h u l l á m ú elektroncsövek g y á r t á s á v a l (triódák és t e t r ó d á k ) . Az eljárás Mildetől s z á r m a z o t t s Telefunken m ó d ­ szerként v á l t i s m e r t t é . Milde 98% molibdénport és 2% vasport jól összekevert és organikus k ö t ő a n y a g h o z z á a d á s á v a l szuszpenziót készített és ezt v é k o n y rétegben, beszórással felvitte a k e r á m i a forrasztási helyére. E z u t á n a bevonatot — 40 °C h a r m a t p o n t ú , száraz, t i s z t í t o t t hidrogén védőgázban beégette, 50 °C-kal a k e r á m i a lágyulásának hőmérséklete alatt, majd 15 perc u t á n á t k a p c s o l t vizén á t b u b o r é k o l t a t o t t hidrogénre. A k e r á m i a lágyulásának küszöbén kémiai reakció következtében ionos oxidkötő folya­ dék képződik a k é t szilárd anyag k ö z ö t t és kötés j ö n létre a kerámia és a molibdénréteg k ö z ö t t . M i ­ vel a molibdént csak a nikkel nedvesíti jól, Milde

161

a bevonatra még fémnikkelport is felvitt. E z t 1100 °C-on rászínterelte, ismét hidrogén védőgázban. A f é m b e v o n a t ú k e r á m i á t most m á r a cső fémalkat­ részeivel tiszta ezüst forraszfémmel ugyancsak tisz­ t í t o t t hidrogénben összeforrasztotta. Az első fém-kerámia elektroncsövek Steatit k e r á ­ miákból készültek, a fémalkatrészeket pedig kis s z é n t a r t a l m ú Armco svéd vaslemezből mélyhúzással állították elő. A fém-kerámia forrasztás elengedhetet­ len feltétele, hogy a k é t anyag hőtágulási e g y ü t t ­ h a t ó j a lehetőség szerint megegyezzék. E z é r t később a Forsterit k e r á m i á k kerültek előtérbe, melyek jobb illeszkedést biztosítottak egy 44—56% összetételű nikkel-vas ötvözettel. Az 1. ábra görbéi különböző fémek, fémötvözetek és k e r á m i á k h ő t á g u l á s á t á b ­ rázolja. Azonban a Forsterit k e r á m i á k hirtelen hőváltozásokra nem voltak ellenállók és a gyors felfűtéskor megrepedtek. E z é r t a Forsterit fém-kerámia mik­ rohullámú elektroncsövek használati előírásában las­ sú felmelegedési i d ő t í r t a k elő, ami k b . 20 perc idő­ t a r t a m ú volt. A fém-kerámia mikrohullámú csövek felfűtésének ezen korlátai főleg a katonai alkalma­ zást érintették. A Telefunken fém-kerámia forrasztási eljárást a h á b o r ú u t á n az amerikaiak is á t v e t t é k és módosí­ t o t t á k . Az első ilyen jelentős módosítás az a k t í v fém-kerámia forrasztási eljárás volt. A General Elect­ ric k u t a t ó j a F . C. Keleey 1948-ban javasolta az ak­ tívforrasztás módszerét, majd ugyanott 1950-ben R. J. Bondley dolgozta k i végleges eljárásként.

Ezek u t á n a fém-kerámia forrasztásos technológia t o v á b b i tökéletesítése k é t i r á n y b a f o l y t a t ó d o t t : a) előfémezéses fém-kerámia (Telefunken eljárás), b) a k t í v fém-kerámia (General Electric eljárás). Végül az ötvenes évek végére a fém-kerámia elektroncsövek kerámia a n y a g á n a k problémái is meg­ oldódtak, a k u t a t ó k és a csőgyártók á t t é r t e k a ma­ gas a l u m í n i u m o x i d - t a r t a l m ú , nagyszilárdságú alfa­ korund nagykeménységű kerámia anyagokra. A hazai fém-kerámia kísérletek is ebben az időben indultak meg a Távközlési K u t a t ó I n t é z e t elektron­ csőfizikai l a b o r a t ó r i u m á b a n . A kísérleteket m á r kez­ detben egy 76% A 1 0 t a r t a l m ú és adalék anyago­ kat t a r t a l m a z ó alumíniumoxid k e r á m i á v a l kezdték, amely az amerikai Alsimag 491-es t í p u s n a k megfelelő összetételű volt. Ezek az alumíniumoxid v á k u u m ­ k e r á m i á k t ö m ö r finom kristályszemcsés szerkezet­ tel b í r t a k és v á k u u m z á r ó a k voltak. Anyagukban a kristályfázis volt túlsúlyban az amorffázissal szem­ ben (üvegfázis). Ez elérhető volt az a d a l é k a n y a g o k megfelelő megválasztásával, ugyanakkor összetéte­ lükkel biztosítani lehetett a hőtágulási e g y ü t t h a t ó pontos beállítását. Az adalék fluxusanyagot is tar­ talmazott, mely a színterelés folyamata alatt m i neralizátorként elősegítette a kristályfelületek össze­ növését, miáltal homogén v á k u u m z á r ó polykristályos t e x t ú r a képződött. Ezeket a v á k u u m k e r á m i á k a t a l a b o r a t ó r i u m b a n készítették az ismert porkohászati e'járás szerint. Egyes adalékanyagok kis mennyiségével m á r je­ lentős h a t á s t lehet elérni. Ismeretes a tiszta A 1 0 2030 °C-os olvadáspontja és az 1900 °C-os színterelési hőmérséklete. Ezt a magas hőmérsékleti értéket, a gyakorlati szintre kellett csökkenteni anélkül, hogy a nagyfrekvenciás p a r a m é t e r e k túlságosan Ier o m l a n á n a k . A v á k u u m k e r á m i á k égetésének m ű ­ velete a legkritikusabb része a gyártástechnológiá­ nak. L a b o r a t ó r i u m i körülmények mellett egyenle­ tesség, méretpontosság és porozitásmentesség, csak egyenletes és kellő magas hőmérsékletű elektromos fűtésű kemencében volt biztosítható. Viszont az ége­ tés hőmérsékletének felső h a t á r á t a fűtőelemek gaz­ daságosan üzemeltethető hőmérséklete korlátozta, ami egyben az A l 0 - t a r t a l o m meghatározója is volt. Azonban a fém-kerámia technológia fejlődésé­ vel az égetőkemencék is egyidejű fejlődésen mentek át. Ma m á r rendelkezésre állnak automatikusan sza­ bályozott, 1800 °C hőmérsékletű gázfűtésű kemen­ cék. Hasonlóan az elektromos fűtésű kemencék is fejlődtek, ma m á r elérhető az 1500—1750 °C, javí­ t o t t minőségű sziliciumkarbid vagy molibdéndiszilicid fűtőelemekkel, ezzel lehetőséget adva a magas alumíniumoxid-tartalmú vákuumkerámiák gyártá­ sának. Napjainkban az U R H és a m i k r o h u l l á m ú fém-kerámia csőgyártás g y a k o r l a t á b a n általánossá v á l t a k az 1700°C-on színterelő 96% A l 0 - t a r t a l m ú Alsimag 614-es típusú k e r á m i á k , az a d a l é k a n y a g o k 4%-a pedig elegendő a p a r a m é t e r e k beállítására. Ezzel m e g v a l ó s u l h a t t a k az 5 — 10 kW-os ultrarövid h u l l á m ú generátorcsövek, t ö b b MW-os impulzus­ üzemű mikrohullámú klystronok, magnetronok ez u t ó b b i a k energia kicsatoló ablakai, melyek nem v a l ó s u l h a t t a k volna meg nagy tisztaságú alumíni­ umoxid fém-kerámia kötésű elektroncsövek nélkül, 2

3

2

2

3

2

H 74 7-1 1. ábra

162

Híradástechnika

3

XXXII.

3

évfolyam 1981. 5. szám

sékleten a t i t á n nedvesítő h a t á s á r a szétfolyik a kerámia felületén, behatol a kristályszemcsék h a t á r ­ felületébe, és a kerámia elszíneződéséből következ­ tetni lehet a penetráció mélységére mely k b . 0,2 m m . Ez gyakorlati érték és jellemző a kötés szilárdságára. A kétlépcsős módszer egy előfémezésből és egy forrasztásos fázisból tevődik össze, mint azt fent m á r a Telefunken eljárásként i s m e r t e t t ü k . Fémek és kerámiák nedvesedése

2. ábra biztosítva ezzel a továbbfejlesztés ú t j á t . A 2. ábra 1 kW-os U R H adócsövet ábrázol, koaxiális csat­ lakozással. Fém-kerámia forrasztások problémái A következőkben tárgyaljuk a fém-kerámia v á k u u m ­ kerámia v á k u u m z á r ó forrasztásának technológiáit, valamint fémek és k e r á m i á k nedvesítésének problé­ m á i t , a hazai k u t a t á s o k és a külföldi eredmények felhasználásával. F é m e k és k e r á m i á k ezüst vagy réz és eutekti­ k u m forraszfémekkel t ö r t é n ő forrasztásos technoló­ giája a nemzetközi irodalomban egy- és kétlépcsős eljárásként v á l t i s m e r t t é . Az egylépcsős a k t í v for­ rasztásos módszer szerint, a Bondley által ismerte­ t e t t a k t í v forrasztás kiváló kötést biztosít a fémek és a nem fémes k e r á m i á k között. Ugyanis a perio­ dikus rendszer I V / b csoportja egyes elemeinek je­ lenléte, mint a f é m t i t á n vagy fémzirkon oxigén el­ vonó h a t á s a folytán a forrasztás helyén az ezüst vagy réz forraszfémek jól nedvesítik az oxidkerá­ m i á k a t . A tiszta fémek vagy a réz-ezüst eutekti­ k u m a folyási hőmérsékleten a t i t á n h a t á s á r a szét­ folynak az oxidkerámia felületén és k ö t é s t eredmé­ nyeznek a k é t k ü l ö n n e m ű anyag között. A k e r á m i a a n y a g á n a k kristályszemcséi közé behatoló forraszfém a k e r á m i á n l á t h a t ó elszíneződést okoz. T e h á t az a k t í v eljárásos fém-kerámia forrasztások minden elő­ kezelés nélkül, egyszerűsítve a kerámia forrasztást, egyetlen műveletben elvégezhető. Egy súlyrész réz és k é t súlyrész t i t á n p o r t jól össze kell keverni, eb­ ből k í v á n t m é r e t ű g y ű r ű k e t préselni, ezt elhelyezik a fém és kerámia közé vagy a t i t á n p o r b ó l alkoholos p a s z t á t készítenek, ezzel bevonják a k e r á m i á t és egy r é z g y ű r ű t tesznek a forrasztás helyére. Az a k t í v forrasztást nagyon tiszta argon védőgázban, de leg­ t ö b b esetben m a g a s v á k u u m b a n 1-10- torr-nál vég­ zik el. A m a g a s v á k u u m b a n a réz a folyási h ő m é r ­ 5

Híradástechnika

XXXII.

évfolyam 1081. 5. szám

Egy fémalkatrész és egy nem fémes anyag, mint a kerámia v á k u u m z á r ó forraszthatóságát és kötési szi­ lárdságát a felületi energiák és nedvesedési tulaj­ donságok h a t á r o z z á k meg. A forrasztáskor fellépő nedvesedés körülményei­ nek elméleti leírására az irodalom kevés k o n k r é t értéket és u t a l á s t ad. Bailey és Watkins megálla­ pítják dolgozatukban, „hogy azok az okok, ame­ lyek a forraszthatóságbeli különbségeket adják nem ismeretesek, mert az alapvető tényezők, amelyek a folyást befolyásolják, nem eléggé ismertek". Ha ezu­ t á n a probléma elvi összefüggéseit keressük, akkor a forrasztás lényegében nem m á s , mint k é t k ü l ö n n e m ű fém k ö z ö t t egy folyékony harmadik fém vagy fém­ ötvözet által létrehozott szilárdsági kötés. A for­ raszanyag mint olvadék alacsonyabb hőfokú, mint bármelyik forrasztandó alkotó olvadáspontja, ami nem zárja k i , hogy a szilárd alkotók az o l v a d é k b a n legalább részben ne oldódjanak vagy az olvadék a szilárd a l k o t ó k k a l diffúziós egyensúlyba ne k e r ü l ­ jenek. A fent idézett szerzők szerint is forrasztás csak akkor lehetséges, „ h a az olvadék oldhatósága vagy az intermetallikus fázisok lehetősége fenn á l l " . B á r ez a meggondolás nem minden esetben ab­ szolút é r v é n y ű . Ennek illusztrálására álljon i t t egy elvi p é l d a ; ha egy olyan mechanikai illesztést sike­ rülne készíteni, amely annyira tökéletes, hogy a fe­ lületi atomrétegek közötti távolság az egész felü­ leten nagyságrendileg megegyezik a k é t fémet felé­ pítő a t o m s í k o k távolságával, akkor m a g a s v á k u u m ­ ban a k é t felület összeérintésekor teljes értékű szi­ lárdsági kötést kell kapni, még abban az esetben is, ha s e m m i n e m ű diffúzió a felületeken nem lép fel. Ez bizonyos esetekben megvalósítható plasz­ tikus fémekkel, a hőmérséklet némi emelésével és kellő nagy n y o m á s o n , az eljárás hidegforrasztásk é n t v á l t ismertté — lásd termokompressziós k ö t é ­ sek. Az egy- és kétlépcsős fém-kerámia forrasztások­ nál, ha optimális szilárdságú kötést akarunk elér­ ni, akkor t a n u l m á n y o z n i kell az alkalmazott anya­ gok forraszthatóságát, i l l . a nedvesedés feltételeit. A nedvesedés a folyadékok azon törekvése, hogy a fellépő felületi feszültség h a t á s á r a , minimális felü­ letet és a legalacsonyabb energiaállapotot hozza lét­ re. A minimális felületből és a felületi feszültség­ ből származó energia h a t á s a teljes egészében a szap­ p a n b u b o r é k n á l t a p a s z t a l h a t ó , mikor ez tökéletes gömb alakot vesz fel. Azonban a kétfázisú rend­ szereknél ugyanolyan nagyságrendű határfelületi (interface) energiák keletkeznek, mint valamely szi­ lárd felületen az olvadt fémcsepp határfelületén,

163

azzal hogy a folyékony fázisban t ö b b l e t szabad energia t a p a s z t a l h a t ó . Ezt a határfelületeken je­ lentkező t ö b b l e t energiát az idegen atomok okoz­ z á k és az összetételtől függően m á s és m á s h a t á r ­ felületi feszültség érvényesül. T á r g y a l á s u n k szem­ pontjából különösen fontos az a t é n y , hogy a h a t á r ­ felületi energiák meghatározzák a rendszer nedvesedési sajátosságait, egy szilárd—folyadék—gőz fá­ zisrendszernél, mint amilyen előfordul fémek és k e r á m i á k forrasztásánál. A fent l e í r t a k n a k megfelelően egy szilárd felü­ leten megdermedt fémcsepp alakján m é r h e t ő 0 k o n t a k t s z ö g jellemző a felületi energiára és a rend­ szer nedvesedésének a mértékére, nagysága pedig 0°-tó], 180°-ig v á l t o z h a t . T e h á t fémek és nemfémek nedvesedésénél a forraszanyag anyagi minőségétől függően h á r o m fő esete lehetséges a határfelületi (interf ace) energiának: a) A folyadékcsepp lencse alakot vesz fel, de nem képez réteget a felületen; © < 9 0 ° - n á l . íij A folyadékcsepp megtartja csepp alakját és nem nedvesíti a szilárd felületet: 0 > 90°-nál. c) A folyadékcsepp egyenletesen szétterül és be­ vonja a szilárd felületet: @ = 0°-kal. A szétterülés mértéke a h á r o m határfelületi fe­ szültségből származik és h a t á r é r t é k e i a 3. ábrán láthatók. T e h á t a szabad felületi energia m e g h a t á r o z h a t ó az egységfelületre j u t ó energia növekedésével (erg.cm ) és egyenlő a folyékony fázisban fellépő egységhossz­ ra j u t ó felületi feszültséggel ( d i n . c m ) . A felületi feszültség alakulásában bonyolult h a t á s t fejtenek k i a különböző anyagok atomjai a szilárd- és fo-2

-1

lyadékfázis határfelületén, amely a 0 kontakt­ szög változásán t a p a s z t a l h a t ó , és a szétterülés mér­ t é k é t megadja a h á r o m határfelületi feszültség v i ­ szonya ; 1. szilárd és g á z közötti s

o *,

v

sv

* S = Solid, L = Liquid, V = Vapor. 2. folyadék^ és g á z közötti a , 3. szilárd és folyadék közötti a . v

LV

5

L

SL

A szilárd fázis felületén a folyadékcsepp folyására vonatkozó hajtóerő arányos a a cos 0 - v a l , amit a következő egyenlet ad meg: LK

or -cos

0=o -o

iV

sv

SL

és ebből: cos 0 =

SV

A

~

SL

A

<JLV

A szétfolyás szempontjából k í v á n a t o s , hogy a szi­ lárd fázis felületi energiája nagy legyen, és a szilárd — folyadék határfelületi energiája kicsi legyen. A k k o r bármely változás a a -ben k i fog ugyan hatni a kontaktszögre, de nem lesz hatásos a kapilláris nyo­ másra, mert a szilárd felület energiája o jelenté­ kenyen nem növelhető. K ö v e t k e z é s k é p p e n egy adott rendszerben a nedvesítés, i l l . a forrasztási tulajdon­ ságok j a v í t á s á r a az a faktor érdekes, amely a szi­ lárd—folyadékfázis határfelületi energiáját csökken­ ti. A folyadékcseppen levő szabad felületi energia k ö v e t k e z m é n y e a felületi nyomáskülönbség, ame­ lyet a következő formula ad meg; LV

LV

0 <90 R és R ' a folyadékcsepp görbületi rádiusai. Ez a nyomáskülönbség idézi elő, hogy egy folya­ dék felemelkedjék vagy lesüllyedjen egy kapilláris­ ban, mindaddig amíg a felületi energiából származó n y o m á s , egyenlő nem lesz a hidrosztatikus n y o m á s ­ sal. A felület görbületének a rádiusa a kapilláris­ ban az a n y o m á s , amely a forraszanyagot az illesz­ t ő k b e viszi és azonos a fém-kerámia forrasztás alatt fellépő erővel. T e h á t a hajtóerő ugyanaz, amely a folyadék á r a m l á s á t okozza az illesztőkben és arányos a felületi feszültség szorozva a k o n t a k t s z ö g cosinuszával. A forraszfém folyási távolságát illetően, a hori­ zontális illesztékek k ö z ö t t a t á v o l s á g n a k nincs ha­ t á r a , azonban a vertikális illesztőkben felfelé a folya­ dék nem fog vég nélkül folyni. Az a m a x i m á l i s ma­ gasság, amely k i t ö l t ő d h e t a vertikális illesztőkben amikor a felületi feszültségből s z á r m a z ó n y o m á s kiegyenlítődik a hidrosztatikus n y o m á s s a l . A szétfolyási tényezőt az S-et Harkins vezette le és m e g h a t á r o z t a a következő formulából;

0=0' c, H747-3

ahhoz, hogy szétterjedés jöjjön létre szükséges, hogy a pozitív legyen. A szétterjedés elegendő feltéte­ le, hogy a folyadék—gőzfázis határfelületi energiája LS

3. ábra

164

Híradástechnika

XXXII.

évfolyam 1981. 5. szám

kisebb legyen, mint a szilárd—gőzfázis határfelü­ leti energiája (o < a ). További jelentős tényező a fém-kerámia forrasz­ tásoknál az atmoszféra h a t á s a , i l l . a védőgáz anya­ ga és összetétele. A védőgáz h a t á s o s a n megváltoz­ tatja a folyadékfázis felületi energiáját. Nézzünk például k é t h a t á r e s e t e t ; egy szilárd felületen a fo­ lyadék ezüstcsepp felületi energiája héliumgázban 1142 erg-cm~ ugyanez levegőben (nitrogén és oxi­ gén keverékében) 350 erg-cm -re csökken. E b b ő l arra k ö v e t k e z t e t h e t ü n k , hogy fém-kerámia forrasz­ tásoknál kis mennyiségben az oxigén jelenléte nem minden esetben káros. Lehet előnyös is, míg nem képződik összefüggő atomos o x i d h á r t y a , mely mega­ kadályozza az olvadt forraszfém nedvesítését, azaz az olvadék szétfolyását a szilárd felületen. A fent leírt a k t í v forrasztási eljárás éppen ezen jelenség kihasználásán alapszik, az eljárásnál felhasználjuk a titánfém oxigénelvonó h a t á s á t a felületi feszült­ ség energiájának csökkentésére. LV

sv

2

_2

Az elektroncsőgyártásban az a k t í v forrasztásos eljárás h á t r á n y o s volta rövid idő m ú l v a megmu­ tatkozott, mert a k e r á m i a m i k r o h u l l á m ú csövek bonyolult technológiája csak magas v á k u u m b a n 1 • 10~ torr-nál végezhetők el. í g y biztosíthatók az a k t í v forrasztáshoz szükséges feltételek, mega­ kadályozva egy összefüggő o x i d h á r t y a képződését. Azonban a v á k u u m b a n t ö r t é n ő forrasztás alatt a forraszfém erősen párolog és a k e r á m i a felületeire fémverődék kondenzálódik, ami kellemetlen átveze­ tésekre és csillapításokra vezet. A fémverődéket a kerámiákról utólag tökéletesen eltávolítani szinte lehetetlen. A fém-kerámia iparban a fémverődék eltávolítására, i l l . megakadályozására t ö b b módszert dolgoztak k i . Az általánosan alkalmazott eljárás, hogy utólag homokfúvással tisztítják meg a k e r á m i ­ ák külső felületeit. A nagy t ö m e g b e n g y á r t o t t fém­ kerámia elektromos átvezetőknél, ez gazdasági okok­ ból jól bevált. F é m - k e r á m i a elektroncsöveknél az elszennyeződés m i a t t i n k á b b az árnyékoló sablono­ kat alkalmazzák vagy a k e r á m i á k külső felületeit tiszta alumíniumoxid p a s z t á v a l vonják be, mely a forrasztás hőmérsékletén nem kötődik a kerámiához s ezért utólag letörölhető. Azonban ezek a módszerek számos h i b á t rejtenek magukban. Az elmondottak az előfémezéses kétlépcsős eljárásnak az előnyeit i n ­ dokolják, mert ott atmoszferikus védőgázban jelen­ téktelen párolgás t a p a s z t a l h a t ó . 5

Ezzel a hazai fém-kerámia forrasztás k u t a t á s i problémaköre is megosztódott. D r . Koncz I s t v á n a H I K I , i l l . az Adócsőgyár k u t a t ó j a az a k t í v for­ rasztásos technológia k u t a t á s i feladatát választot­ ta, aki a hazai f é m t i t á n g y á r t á s k u t a t á s á t irányítot­ ta abban az időben. A T K I kezdettől fogva az elő­ fémezéses Telefunken eljárás tökéletesítésével foly­ tatta a fém-kerámia m i k r o h u l l á m ú elektroncsövek k u t a t á s á t és a tapasztalataikat i d ő n k é n t kicserél­ ték. A fém-kerámia elektroncsövek g y á r t á s á n á l sem nélkülözhető a belső fémalkatrészek magas hőfokon t ö r t é n ő gáztalanítása, hőkezelése. Ennek k ö v e t k e z ­ m é n y e : az előre nem l á t h a t ó belső helyeken is fém­ lecsapódások keletkeznek, melyek rendszerint a cső üzemképtelenségét okozzák. Mindezek elkerülésére ig ír adástechnika

XXXII.

évfolyam 1981. 5. szám

m á r a tervezésnél t ö b b módszert is bevezettek a gyártástechnológiába. Az első és lényeges szempont a forraszfémek t i s z t a s á g a : nem tartalmazhatnak k ö n n y e n párolgó elemeket és alacsony tenziójú szenynyezéseket. A laboratóriumi m u n k á b a n maguk ál­ l í t o t t á k elő a különböző olvadáspontú, alacsony tenziójú forraszfémeket, ötvözeteket. Ezeket tisz­ ta argonban megolvasztották, majd v á k u u m b a n a folyási hőmérséklet fölé hevítették és k i p á r o l o g t a t ­ t á k az alacsony tenziójú szennyezéseket. T o v á b ­ bá a forrasztásokhoz kifejlesztették a forrasztósablonokat, melyek a külső részeket is á r n y é k o l t á k . A z 1. t á b l á z a t b a n összefoglaltuk a különböző alacsony ten­ ziójú forraszfémötvözeteket, összetétel, o l v a d á s p o n t és folyási hőmérséklet szerint.

Molibdén — mangán előfémezéses eljárás Az évek során az eredeti Telefunken előfémezés is módosult, az új változat hamarosan nemzetközi­ leg általánosan elfogadott eljárás lett. A General Electric k u t a t ó j a H . J. Nolte 1952-ben javasolta, hogy az előfémezéses eljárásnál alkalmazott magas olvadáspontú fémekhez, mint a kolumbium, t a n t á l , r é h n i u m , volfrám vagy a molibdénhez az új eljárás szerint 4 : 1 a r á n y b a n adagoljunk fém m a n g á n p o r t . Ezt finomra összeőrölve és organikus k ö t ő a n y a g hozzáadásával szuszpenziót készítve, ecsettel v é k o n y rétegben felvisszük a kerámia forrasztási helyére. A beégetést a m á r ismert módon a kerámia lágyu­ lásának hőmérséklete alatt 50 °C-kal végezzük. Az eljárás nagy előnye, hogy atmoszferikus n y o m á s i ! formálógázban elvégezhető ( N 85% + H 15%). Nincs szükség nagy tisztaságú száraz — 40 °C harmatpon­ t ú hidrogénre, melyre a vaspor érzékenysége m i a t t volt szükség. A második lépcső a forrasztáshoz ha­ sonlóan formálógázban készíthető el. Ezzel Nolte egy komplett technológiai sort a l a k í t o t t k i fém-ke­ r á m i a adócsövek, klystronok és magnetronok meg­ bízható gyártására. 2

A mikrohullámú fém-kerámia elektroncsövek konstrukciója egyre bonyolultabb lett. Ennek k ö ­ v e t k e z m é n y e a forrasztások s z á m á n a k megszaporo­ dása, amit szerkezeti és szerelési okok indokol­ nak. A csövek összeépítése egyidejű forrasztással m á r nem volt m e g o l d h a t ó . A felmerült p r o b l é m á t a lépcsőzetes forrasztásos technológiával o l d o t t á k meg. Az új eljárás e g y m á s t k ö v e t ő forrasztások sorát írja elő. Ennek megfelelően, olyan forraszfém­ ötvözetekre lett szükség, amelyek növekvő olvadás­ pontja biztosítja az előző forrasztásokat, hogy a k ö ­ vetkező műveletek alatt szét ne olvadjanak. Az esetleges elmozdulások lehetetlenné t e n n é k a köz­ pontos m é r e t t a r t á s t . Ilyen forraszötvözeteket az 1. táblázatban t a l á l u n k . A t o v á b b i a k b a n a csőgyártás növekvő precizitá­ sa k ö v e t k e z t é b e n a k o r á b b a n alkalmazott grafit­ sablonok m á r nem feleltek meg a k ö v e t e l m é n y e k ­ nek. Bevezették a pontos fémsablonban t ö r t é n ő forrasztásokat. A sablon t a r t ó s k r ó m o x i d d a l volt bevonva. Ezzel elkerülhették a sablonnak a fém­ hez vagy a kerámiához való kötődését. A t a r t ó s k r ó m o x i d bevonatot magából a szerszám a n y a g á ­

165

1.

táblázat

Különböző olvadáspontú, alacsony tenziójú forrasziémek összetétel súly=%

Olvadáspont

Folyási hőmérséklet °0

Ag 45%+ Gu 35% + Sn 20%

600

625

Ag 63% + Cu 27% + In 10%

685

710

Ag 72%+Gu 28%

779

785

Ag 58%+Cu 32%+ Pd 10%

825

850

Au 35%+Gu 65%

850

920

Ag 100%

960

1050

Au 82%+Ni 18%

950

1100

Ag 80% + Pd 20%

1070

1175

ból állították elő. Ezeket a forrasztósablonokat k r ó m t a r t a l m ú acélból készítették, mint a K o r 5-ös és utólag h o s s z a n t a r t ó nedves hidrogénban 900 °Con izzították és így állították elő a sablon felületein. Az eljárás alatt egyenletes t a r t ó s , a fémhez jól kö­ t ő d ő krómoxid képződik. A fém-kerámia elektroncsövek kialakult konst­ rukciója egy általános geometriai felépítésre veze­ tett, amely gyűrű alakú alkatrészek egymásra helye­ zéséből áll. Az i l y m ó d o n bezárt t é r alkotja a cső v á k u u m t e r é t és tartalmazza a cső a k t í v a l k a t r é ­ szeit. A krómoxid forrasztósablon alkalmazása a geometriai felépítésből következik, mert biztosítja az alkatrészeknek a központos egymásra illesztését és m e g t a r t á s á t . Sok esetben a sablon zárófedele gyenge n y o m á s t fejt k i az illeszkedésre. A forrasz­ tás megfelelő m é r e t ű és súlyú forraszgyűrűkkel t ö b b fázisban végezhető el, gyakran a cső végső lezárá­ sát összeillesztett fém—fém peremek argonív vagy elektronsugaras beolvasztásával zárják le. A for­ rasztások minden esetben védő atmoszférában a forraszfém folyási hőmérsékletén végezhető el, majd egy hidegzónában a k á l y h á b a n hagyják kihűlni.

Ezen kívül a feszültségek m e g k ü l ö n b ö z t e t h e t ő k , ú g y m i n t húzó és n y o m ó irányú feszültségek. A tengelymenti, axiális irányú, feszültségek megszüntethetők, ha az alkalmazott fémek és k e r á m i á k minél jobban megközelítik e g y m á s hőkiterjedését és a hőmérséklet emelésével e g y ü t t azonos mértékben vál­ toznak. Ez réz esetében nem áll fenn. A tangenciális feszültségek a minimumra csök­ k e n t h e t ő k megfelelő konstrukciós megoldásokkal, ha arra törekszünk, hogy a forrasztás helyén n y o m ó ­ feszültségek lépjenek fel, mivel a kerámiák ezt k ö n y nyen elviselik meghibásodás nélkül, nagy n y o m ó ­ szilárdságuk folytán. Végül a radiális irányú feszültségek gyakoriak a fém és kerámia kötésénél, mert a fém-kerámia elekt­ roncsövek felépítése gyűrű alakú egymásra illeszke­ dő alkatrészek sorából áll. Megoldásként maradt a fémek plasztikus deformá­ ciója a réz vagy a közbenső forraszfém k ö v e t n i k é ­ pes az eltérést. K o r á b b a n m á r ismert volt, a fém és üveg forrasztásos technikából a Hauskieper-féle forrasztásos eljárás, melynél a rezet a forrasztás helyen elvékonyítják 0,05 mm-re és a vékony élet befog­ lalják az üvegbe és a lágy réz követi az üveg h ő t á g u l á s á t , a megoldás a 4. ábra 1. rajzán l á t h a t ó . Az eljárást fém-kerámia forrasztásoknál is alkal­ mazzák. A módszert m á r Milde is alkalmazta, m i ­ kor a lágy vaslemezt a forrasztás helyén 0,1 mm-re elvékonyította. Kísérleteink során egy új módszert is kidolgoz­ tunk, külső üregű, t ö m ö r réz és kerámia csatlako­ zásokhoz. A módszer lényege, hogy a réz és a ke­ rámia közé egy közbenső rugalmas m e m b r á n össze­ kötőelemet alkalmaztunk, melynek megoldását a 4. á b r a ( I . és I I . ) ábrázolja. A v é k o n y ferniko memb­ rán hőtágulása a kerámiához illeszkedik és a rézhez forrasztva rugalmasan követi a k é t anyag k ö z ö t t i

M i n d az ultrarövid hullámú, mind a mikrohul­ lámú nagyteljesítményű adócsöveknél a jobb h ő ­ elvezetés céljából, valamint az elektromos rezgőkö­ rökhöz való közvetlen csatlakozás okából, elkerülhe­ tetlenné vált tömör, nagy keresztmetszetű réz al­ katrészek közvetlen kötése a kerámiához. Azonban a réz és a kerámia k ö z ö t t s z á m o t t e v ő hőtágulási dif­ ferencia áll fenn. A felmerült probléma megoldásá­ ra a k u t a t ó k egymástól függetlenül t ö b b megoldást dolgoztak k i , réz és k e r á m i a forraszthatóságára. A tetemes hőtágulási differencia megoldására vizs­ g á l a t o k a t végeztek a forrasztás helyén fellépő erő­ h a t á s o k megoszlására. A mérések azt m u t a t t á k , hogy a konstrukciótól függően a réz és k e r á m i a forrasztási helyén e s e t e n k é n t t ö b b irányú és nagy­ ságú feszültséggel kell számolni: 1. Axiális irányú feszültség. 2. Tangenciális i r á n y ú feszültség. 3. Radiális i r á n y ú feszültség.

166

H747-A á. ábra Híradástechnika

XXXII.

évfolyam 1981. 5. szám

differenciát. Az eljárás alkalmas nagy teljesítményű és nagy átmérőjű fém-kerámia kötésekhez. J ó eredményeket kaptak a k t í v forrasztásos mód­ szer alkalmazásával a Stanford mikrohullámú la­ b o r a t ó r i u m b a n készült 30 megawatt impulzustelje­ sítményű, háromüreges klystronnal. A nagy á t m é r ő ­ jű fém-kerámia g y ű r ű k e t plasztikus arany forrasz­ fémmel k ö t ö t t é k össze. A forrasztás illesztésénél k b . 0,1—0,15 m m hézagot hagytak. A k e r á m i á k a t t i ­ t á n p o r r a l v o n t á k be és az arany forraszfémet alul helyezték el a fém és a kerámia közé. A klystront tiszta argon védőgázban, az arany folyási hőmérsék­ letére hevítették, a kapilláriserő h a t á s a folytán az arany széles sávban felemelkedett a résben. A tisz­ ta arany eléggé plasztikusnak bizonyult és követni tudta a réz és kerámia hőtágulásából származó k ü ­ lönbséget, az 5. ábra a fenti eljárással készült 30 k W os klystront ábrázolja. Hasonló eredményeket értek el mások, molibdénm a n g á n előfémezéses eljárással is, galvanikusan fel­ v i t t nikkel b e v o n a t ú arany forraszfémgyűrűkkel. I t t is hézagot biztosítottak a réz és kerámia között. A forrasztást nagy tisztaságú argon védőgázban v é ­ gezték, mely kedvező nedvesedési feltételeket bizto­ s í t o t t és a forrasztás meniszkusza is kedvezőnek m u ­ tatkozott. Sokban egyező eljárást alkalmazott a T K I , rézkovar és kerámia kötésénél. A kerámia előfémezése u t á n , a forraszfém nikkelezett tiszta ezüst volt, melynél a nikkel az összsúly 7%-a. Ez a kombináció jó nedvesedést adott formálógáz atmoszférában és a forrasztás ideje alatt fokozatosan növekvő folyékony­ ság volt t a p a s z t a l h a t ó , a forrasztás meniszkusza is j ó t mutatott. E h á r o m eljárás kombinációs változataival kí­ v á n t u k megmutatni a fém-kerámia forrasztások so­ r á n felmerülő problémák megoldásainak lehetősé­ geit.

Alumíniumoxid v á k u u m k e r á m i á k fémalkatrészei­ hez, a k ö n n y ű m e g m u n k á l á s okából a csőgyárak el­ terjedten használnak, pontosan a kerámiához i l ­ leszkedő hőtágulású Fe-Ni-Co ötvözeteket. Ezek az ötvözetek, mint ismeretes á l t a l á b a n hajlamosak i n terkrisztallin korrózió képződésére. A kristályszem­ csék h a t á r menti korróziója a forraszfém behatolá­ sa folytán gyakran idéz elő repedéseket, ami a fém­ k e r á m i a kötés v á k u u m h ú z ó s s á g á t jelenti. A Fe-NiCo ötvözetek austenit — martenzit kristály m ó d o ­ s u l a t á n a k egyensúlya erősen labilis és m á r a megmun­ kálás alatt, mint p l . a mélyhúzás, martenzites á t a ­ lakulás bekövetkezik. Ez rácstorzulással a kristály­ szemcsék közötti energiaszint csökkenésével j á r . Te­ h á t v á r h a t ó a forraszanyag behatolása a kristály­ szemcsék közötti térbe és azt a megdermedéskor szétfeszítik. Ennek az egyensúlynak a m e g v á l t o z á ­ sa helyrehozható az alkatrészek forrasztás előtti gondos, v á k u u m b a n t ö r t é n ő hőkezelésével, i l y m ó d o n selejtmentes fém-kerámiacső g y á r t á s biztosítható. A mikrohullámú technika fejlődése a frekvencia és teljesítmény növekedése megkövetelte az energia kicsatoló ablakok veszteségének csökkentését. K ü l ö ­ nösen impulzus ü z e m m ó d b a n az ablakok igen kis abszorbcióját, a teljes átlátszóságot. Végül a kuta­ t ó k eljutottak a nagy tisztaságú 99,98% A 1 0 tar­ talomig, a vékony zafír egykristály ablakokig, vagy az azonos tulajdonságú polykristályos zafír energia kicsatoló kónuszokig. Azonban a zafírkristály abla­ kok v á k u u m z á r ó forrasztása kedvezőtlenül alakult. M i n d az a k t í v , mind az előfémezéses eljárás h ő m é r ­ séklete m e g n ő t t , a nagy tisztaságú A 1 0 t a r t a l o m m i a t t kötési, szilárdsági problémák léptek fel. A nagy tisztaságú alumíniumoxid anyagoknál, mint a za­ fírkristálylemezek és kónuszok forrasztása, technikai okokból a hőmérséklet csökkentése vált szükségessé. E z é r t egy közbenső réteg felvitele vált szükségessé a zafír-kerámia forrasztási helyére. Az új eljárás 2

2

3

3

2.

táblázat

Vákuumkerámiák színterelési és beégetési hőmérséklete, ideje, védő atmoszféra

is

Kerámia anyaga

Steatit

Szülterelés °0

Beége­ tés O

Beége­ tés idő min.

1350

1300

30

0

Védőatmoszféra

- 40° G harm. pont H 2

Forszterit

1400

1350

30

- 40° G harm. pont H 2

A1 0 76% Al 491

1450

A1 0 85% Al 576

1500

A1 0 96% Al 614

1700

A1 0 99,8% Al 998

1800

2

2

2

2

3

3

3

3

AI2O3 99,98%

Zafír

5. ábra Híradástechnika

XXXII.

évfolyam 1981. 5. szám

1380

60

Formálógáz N 85% H 15% 2

1420

60

Formálógáz N 85% H 15% 2

1550

90

Formálógáz N 85% H 15% 2

1650

90

Vákuumban 10- torr. vagy tiszta argon 5

—

1550

60

Vákuumban 10- torr. vagy tiszta argon 5

167

Alumíniumoxid golyós malomban 100 ó r á t Őrölve. A beégetés védő atmoszférája 15%-os H formáló­ gáz, esetenként t i s z t í t o t t argon. 2

Feranti Lab. Fémek, oxidok 200 50 8 2

6. ábra szerint fluxusanyag réteget visznek fel és 1550 °Con beégetik, amely finomszemcsés Steatit vagy mullitporból áll. A fluxusanyag felületileg behatol az a l u m í n i u m o x i d b a és beépül a magas hőmérsékleten annak kristályrácsába. E z u t á n a zafír a k t i v á l t felü­ letére kerül a molibdén-mangán réteg, mely m á r a magas a l u m í n i u m o x i d - t a r t a l o m ellenére alacsonyabb hőfokon 1500°C-on beégethető. A 2. táblázatban összefoglaltuk különböző k e r á m i á k előfémezésének, i l l . beégetésének hőmérsékletét, idejét és az alkal­ mazott védő atmoszférát. A n ö v e k v ő A 1 0 tartalom egészen az egykristály zafír energia kicsatoló ablakokig, a molibdén-man­ gán összetétel változását is jelentette. N é h á n y szá­ zalék a k t i v á t o r a n y a g o k hozzáadásával j a v í t h a t ó volt a kötési szilárdság és a kötés megbízhatósága, a növekvő teljesítmény ellenére. A 6. ábrán zafír energia kicsatoló ablakok l á t h a t ó k . A z o k n á l a csök­ kent A 1 0 t a r t a l m ú k e r á m i á k n á l , melyek adalék­ anyagokat is tartalmaznak, a fluxusanyagok m á r bent foglaltatnak a k e r á m i a a l a p a n y a g á b a n . A k ö v e t k e z ő k b e n n é h á n y a nemzetközi irodalom­ ból ismert molibdén-mangán és a k t i v á t o r a n y a g o k a t t a r t a l m a z ó összetételt i s m e r t e t ü n k : 2

2

3

3

Stanford Mikrowave Lab. Fémek, oxidok 200 40 2 2

g g g g

Mo Mn CaO Si0

Kötőanyagok 50 m l nitrocell. 55 ml aceton 30 m l metylalk.

2

Alumíniumoxid golyós malomban 100 ó r á t őrölve. General Electric Lab. Fémek 160 g Mo 40 g M n 9gTi

168

Kötőanyagok 45 25 50 50

ml ml ml ml

nitrocell. metylalk. aceton ethyléter

g g g g

Mo Mn Fe Si0

2

Kötőanyagok 50 50 50 85

ml ml ml ml

nitrocell. aceton amylacetát ethylglikol

A l u m í n i u m o x i d golyós malomban 100 ó r á t őrölve. A beégetés védő atmoszférája 15%-os — 5 °C-os har­ m a t p o n t ú formálógáz vagy t i s z t í t o t t argon. M i n t l á t h a t ó a nagy a l u m í n i u m o x i d - t a r t a l m ú ke­ r á m i á k fémezésénél alkalmazott a k t i v á t o r a n y a g o k a fent leírt technológiák tipikus anyagainak kom­ binációja. A beégetett réteg Mo-Mn-Ni interkriszt a ü t m á t r i x o t képez, melynek p ó r u s a i t kitölti a forraszfém a nedvesedés k ö v e t k e z m é n y e k é n t . A 7. ábrán egy nikkelezett m o l i b d é n - m a n g á n fémezés, réz-ezüst eutektikumos forrasztásának keresztcsiszolata l á t h a t ó 280-szoros n a g y í t á s b a n . A réz-ezüst forraszfém a hézagot kitöltő plasztikus deformáció­ j a teszi lehetővé a réz és kerámia k ö t é s é t . A fém­ bevonatnak a k e r á m i á n simának és egyenletesnek, egyes szerzők szerint utólag polírozottnak kell len­ ni. A réteg v a s t a g s á g á t 0,01—0,05 mm-nek java­ solják, a N i másodréteget hasonló m é r e t ű n e k . A k ö ­ tési szilárdság okából a bevont k e r á m i á n a réteg éles sarkokat nem képezhet, a megengedett görbüle­ t i sugár 0,8 mm-nél kisebb nem lehet. A k e r á m i a bevonása többféle m ó d o n is elkészíthető; ú g y m i n t selyemszita-módszerrel, gumihengerrel, beszórással vagy ecsettel festik fel. A beégetés hőmérséklete és ideje a 2. t á b l á z a t b a n t a l á l h a l ó meg az A 1 0 tar­ talomtól függően és ezt pontosan b e t a r t j á k . A leg­ gyakrabban alkalmazott forraszfém a 72—28%-os réz-ezüst eutektikum, mely j ó nedvesedést ad vagy a 35-65%-os arany-réz ötvözet. A 8. ábrán egy szin­ tetikus zafírlemez m ó d o s í t o t t felületű előfémezett Mo-Mn-Ni réteghez, arany forraszfémes réz és kerá­ mia kötésének keresztcsiszolatát l á t h a t j u k 280-szo­ ros n a g y í t á s b a n . 2

3

A fémek és k e r á m i á k v á k u u m z á r ó k e m é n y forrasztásos eljárásával eljutottunk egy új és korsze­ rű fém-kerámia elektroncső technológiához, egyben új szerkezeti anyagokhoz az ultrarövid hullámú T V adó generátorok és nagyteljesítményű mikrohullá­ m ú elektroncsövek g y á r t á s á h o z . A 9. ábrán egy kor­ szerű fém-kerámia mikrohullámú magnetront lát­ hatunk, zafír kicsatoló ablakkal. Az új fém-kerámia technológiával az a d ó elektron­ csövek családját fejlesztették k i t ö b b t í p u s b a n 1 k W tól 25 k W - i g , koaxiális rezgőkör csatlakozással és léghűtéses kivitelben. A 10. ábra U R H fém-kerámia adócsövek típuscsaládját ábrázolja. A fém-kerámia technológia nemcsak az U R H és a mikrohullámú nagy teljesítményű csövek prob­ lémáit oldotta meg, hanem mint ez t ö r t é n n i szokott, Híradástechnika

XXXII.

évfolyam 1981. 5. szám

u l t r a r ö v i d h u l l á m ú és mikrohullámú, nagy teljesít­ m é n y ű fém-kerámia elektroncsövek g y á r t á s a során felmerülnek. É r i n t e t t ü k a fejlődés egyes állomásait, eljutottunk a magas a l u m í n i u m o x i d - t a r t a l m ú kerá­ miákig és fémekkel t ö r t é n ő közvetlen forrasztásáig, végül a szintetikus zafír energia kicsatoló ablakok v á k u u m z á r ó forrasztásához. A modern fém-kerámia U R H és m i k r o h u l l á m ú fém-kerámia elektroncsövek T V generátorcsövek gyártásához, azok legújabb tech­ nológiai megoldásaihoz. Részletesen k i t é r t ü n k a fémek és nem fémes anya­ gok nedvesedésének problémáira. T á r g y a l t u k a k o n t a k t s z ö g m e g h a t á r o z á s á t , mint a nedvesítés mér­ tékének empirikus módszerét, a jelenségnek ma el­ fogadott értelmezését, de t u d o m á s u l v e t t ü k , hogy ez a rendszernek csak egyik, de nem eléggé pontos leírása, tekintettel a t ö b b alkotós rendszerekre. Vizsgáltuk a fém-kerámia forrasztási helyén fel­ lépő feszültségeket, az alaktól függő fajtáit és irá­ nyait, valamint ezen feszültségek kiegyenlítésének

8. ábra az új technikai eljárások és új szerkezeti anyagok alkalmazása k i h a t a modern ipar számos m á s te­ rületére is. Elsősorban mint megbízható szerkezeti elemek a repülőgépgyártásra, a szigetelő átvezetők széles skálájára, az a t o m r e a k t o r - t e c h n i k á r a , de al­ kalmazzák a rakétatechnikában, a nagynyomású kábelek végcsatlakozásánál, az a u t o m a t i z á l á s n á l és a hermetizálás számos területén. H a megjelenik egy alapvetően új technológia és ezzel egyetemben új szerkezeti anyagok lehetősége, az minden esetben t e r m é k e n y í t ő é n hat a t u d o m á n y és az ipar számos m á s területére is. Ezzel új minőségi változást te­ remtve a korszerű ipari fejlődés s z á m á r a . A fém-kerámia eljárás ismertetésével, nemzetközi­ leg elfogadott módszereinek leírásával, és receptjei­ nek közlésével, megkönnyíteni reméljük az újonnan bekapcsolódó szakembereknek a t é m á b a n való eli­ gazodását, hogy egy új és világszínvonalon álló technológia mind szélesebb körű elterjedését ösztö­ nözzük. Összefoglalás Az elmondottakban azokat az ismereteket és eljárá­ sokat, felmerülő p r o b l é m á k a t t á r g y a l t u k , amelyek az Híradástechnika

XXXII.

évfolyam 1981. 5. szám

10. ábra

169

módjait. Foglalkoztunk a jelentős hőtágulási diffe­ renciával bíró réz és k e r á m i a kötés t ö b b módszeré­ vel, i l l . megoldásaival, megbízható v á k u u m z á r ó for­ rasztásával, végül az energia kicsatoló ablakok a szintetikus zafír és fém v á k u u m z á r ó nagyszilárdsá­ gú forrasztásával. Közöltük a nemzetközileg elfo­ gadott előfémezés n é h á n y receptjét és t á b l á z a t b a foglaltuk a beégetés és a forrasztás főbb p a r a m é ­ tereit, az alkalmazott forraszfémek összetételét. Ez­ zel általános k é p e t k í v á n t u n k adni a k u t a t á s és az elért eredmények összességéről. IRODALOM [1] Kingery, W. D.: Introduction to Ceramics. John Wiley New York, 1960. [2] Manfredi, R. E. and Nolte, H. J.: Applications of Ceramics to Vacuum Tubes. Cer. Bulletin Vol 35. 1956. [3] Cronin, L . J.: Trends in Design of Ceramic to Metál Seals for Magnetrons. American Cer. Soc. Bulletin V o l . 35. No. 3. 1956. [4] Kingery, W. D.: Role of Surface Energics and Wetting i n Metal-Ceramic Sealing. American Cer. Soc. Bull. Vol. 35. No. 3. 1956.

[5] Funk, E. R., Udin, H. and Wulff, J.: Surface Tension of Solid Silver. Journal of Metals Trans. 3. 1206-08. 1951. [6] Jenkins, D. E.: Ceramic to Metál Sealing. Elect­ ronics Eng. july. 1955. 290. [7] Bondley, R. J.: Metal-Ceramic Brazed Seals. Electronics 20. july 1947. 9 7 - 9 9 . [8] Nolte, H. J. : Method of Metalizing a Ceramic. (General Electric) U . S. Pat. 2, 667, 427 jan. 1954., U . S. Pat. 2, 667, 432 jan. 1954. [9] La Forge, L . H.: Application of Ceramic Section in High-Power Pulsez Klystrons. American Cer. Soc. Bulletin, Vol. 35. No. 3. 1956. [10] Williams, R.: Ceramic for vacuum t ű b e envelopes. Ceramic Age. 7. 41. 1954. [11] Armstrong, W. M., Chaklader, C. D. and Clarké, I . F.: Interface Reactions Between Metals and Ceramic, I Sapphire-Nickel Alloys. Jour. of Ame­ rican Ceramic Soc. V o l . 45. No. 3. 1962. [12] Kingery, W. D. and Humenik, M.: Surface Ten­ sion at Elevated Temperatures Drop Method; Surface Tension of Iron, and Nickel. Jour. Phys. Chem. 57. 3. 3 5 9 - 6 3 . 1953. [13] Budincsevits A.: Eljárás fémek és kerámiák vá­ kuumzáró forrasztására. Magyar Szab. Nr. 149, 455. 1960. [14] Budincsevits A.: Berendezés magas hőmérsékle­ tek előállítására. Magyar Szab. Ta. 770. 1963. [15] Budincsevits A.: Oxidkerámiák. Híradástechnika, X X X . évf., 1979. 5. sz.