Проект НИЯУ МИФИ кафедры №9 «Физические проблемы материаловедения» под руководство Севрюкова Олега Николаевича «Влияние составов быстрозакалённых активных сплавов-припоев и режимов высокотемпературной пайки на термомеханические свойства металлокерамических соединений» стал победителем конкурса «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами», организованного Российским научным фондом в 2025 году. Проект посвящен созданию новых прецизионных сплавов-припоев, которые будут использованы для соединения перспективных керамик с металлами.
Использование металлокерамических соединений широко распространено в различных отраслях индустрии. Металлокерамические конструкции нашли своё применение в электронной, радиоэлектронной и электротехнической промышленности, где их используют в качестве оболочек электровакуумных и полупроводниковых приборов, герметичных выключателей, вакуумноплотных разъёмов, электрических и оптических вакуумных вводов, изоляторов и т.п. Наиболее популярной парой для создания таких соединений выступает сплав 29НК и алюмооксидная керамика (часто это керамики марки ВК94-1 или ВК100). Стремительное развитие техники с каждым годом лишь повышает эксплуатационные требования к применяемым конструкциям. Среди таких требований стоит выделить герметичность и термостойкость при рабочих температурах, а также механическую прочность соединений. Развитие исследований в направлении получения металлокерамических соединений берут своё начало в 40-х годах прошлого века. В это время основным направлением исследований являлась разработка способа металлизации керамики порошками на основе тугоплавких металлов посредством их вжигания и дальнейшая пайка керамики с металлическим покрытием. Данная технология является многоступенчатой. Главное достижение этого периода – промышленное внедрение паст, состоящих из 80-90% молибдена/вольфрама и 10-20% марганца с добавками кремния. Эта технология по сей день является основной при производстве металлокерамических соединений на большинстве предприятий. Дальнейшее развитие данной тематики привело к потребности упрощения существующей многоступенчатой технологии получения металлокерамических соединений. Это стало реализуемо благодаря методу активной пайки, который является одноступенчатым. Сущность этого метода заключается в использовании припоев, легированных активными элементами (Ti, Zr). Активные добавки способствуют взаимодействию припоев с поверхностью керамики за счёт окислительно-восстановительных реакций, что обеспечивает смачивание керамики. Однако, данных по свойствам паяных соединений, полученных с помощью подобных сплавов-припоев, не так много, и они не систематизированы. В проекте Севрюкова О.Н. планируется разработать и получить быстрозакалённые сплавы-припои в количестве 6 композиций на основе Ag, Cu и Ag-Cu, с добавками Ti и Zr для создания герметичных металлокерамических соединений деталей из сплава 29НК и керамики ВК100. В работе будет изучено влияние температурно-временного режима пайки на зоны взаимодействия в области паяного шва. Для изучения термостойкости соединений будет использована конструкция в виде цилиндрического баллона из керамики, припаянного к металлической заглушке с использованием керамического компенсатора. Известно, что конструктивное исполнение узла оказывает существенное влияние на возможность получения герметичных соединений из-за напряжений, возникающих в процессе охлаждения при пайке. В связи с этим для оптимизации конструкции образцов для исследований герметичности и термостойкости будут проведены расчёты методом конечных элементов для минимизации напряжений в области паяного шва. На этих образцах будет установлена зависимость количества герметичных спаев от числа термоциклов. Для определения механических характеристик паяных соединений, полученных по разным режимам пайки, будут проведены испытания на сдвиг. Эти данные позволят расширить область знаний, связанных с формированием структурно-фазового состояния металлокерамических соединений при активной пайке с использованием быстрозакаленных сплавов-припоев на основе серебра и меди, а также оценить влияние составов припоев и параметров пайки на сложнонапряженное состояние, прочность и термостойкость образцов.