Металлическими клеями называют составы, которые готовят с использованием различных металлов. В состав клея входят жидкий металл и порошки тугоплавких металлов. Они представляют собой пастообразные составы и способны затвердевать при низких температурах.

Основным компонентом жидких клеев служит галлий, поэтому эти клеи получили название галлиевых паст. Благодаря способности галлия смачивать различные материалы галлиевые пасты могут быть использованы для склеивания как металлических, так и неметаллических материалов; при этом процесс склеивания в зависимости от состава паст протекает при температурах от 20 до 300 °C. Свойства паст зависят от способности твердых металлов растворяться в жидком галлии. Лучшей растворимостью обладает серебро (растворяется 5 %).

По растворимости в галлии все металлы можно разделить на три группы:

1) металлы с ограниченной растворимостью (Cd, Hg, Tl, Pb, Bi, Те);

2) металлы, образующие с галлием простые эвтектики (Zn, Al, In, Ge, Sn), а также кремний;

3) металлы, образующие с галлием химические соединения и промежуточные фазы (Li, Na, К, Cu, Ag, Au, Mg, Sr, Ga, V, Ti, Zr, Hf, Nb, Cr, Mo, Mn, Fe, Со, Ni и др.).

С учетом вышеизложенного в качестве наполнителя в галлиевых клеях могут быть использованы различные металлы, образующие с галлием химические соединения и промежуточные фазы с высокими температурами плавления или разложения. При этом предпочтительнее использовать металлы, образующие с галлием металлические связи, - металлы подгруппы меди, а также металлы VIII группы с переменной валентностью.

В качестве наполнителей используют порошки металлов, представляющие собой высокодисперсные системы с сильно развитой поверхностью. При взаимодействии компонентов имеет место как химическое взаимодействие, так и диффузия галлия в твердую фазу. При этом может возникать диффузионная пористость. Свойства смеси сильно зависят от соотношения жидкой и твердой фаз.

Чем выше дисперсность порошка, тем более дисперсное, кристаллическое строение имеет клей, тем выше его прочность. Использование ультразвука приводит к повышению прочности; более высокую прочность дают составы, при отверждении которых происходит увеличение объема (сплавы Ga с Au, Nb, Sb). Даже введение в клей небольших добавок этих металлов приводит к улучшению его свойств.

Составы некоторых галлиевых паст приведены в табл. 1.6.

Отверждение приведенных в табл. 1.6 галлиевых паст можно проводить при температуре 100-350 °С. С повышением температуры количество и размер медных включений уменьшаются. Основной компонент после отверждения - сплав меди с галлием (CuGa2) с температурой плавления 254 °С.

Коэффициент теплопроводности 134-159 Вт/(м град). Механическая прочность при разрыве 10-38 МПа. Лучшая прочность у ГОИМ.

При эксплуатации в интервале температур 200-800 0C припой окисляется с образованием оксидов. Образующиеся оксиды обеспечивают возможность эксплуатации галлиевых паст до 800 °C.

Наносить пасты следует в течение 24 ч после изготовления; слой должен быть тонким.

Простота изготовления галлиевых паст и ряд уникальных физико-химических свойств, которыми они облада-

ют, позволяет решать такие проблемы, которые нерационально или даже невозможно решить другими известными способами. К этим проблемам относятся возможность получения клеевых соединений с электропроводностью, не уступающей электропроводности соединяемых материалов, а также клеевых соединений, обладающих вакуумной плотностью. Галлиевые пасты позволяют получать соединения без нагревания с последующей эксплуатацией при температурах до 800 °C.

Использование галлиево-серебряных паст позволяет получать вакуумноплотное соединений. Состав такой пасты: 30,2 % Ga, 13,8 % In, 6 % Sn, 50 % Ag. Такое соединение выдерживает вакуумирование до температуры 600 0C с выдержкой до 200 ч. Формирование структуры происходит при комнатной температуре в течение 8-24 ч или при термообработке до 100-200 0C в течение 1,5-2 ч.

Разработаны также пасты ГОМ-66, ГОМ-64, ГОМ-62, имеющие прочность при сжатии 1,3, 1,6 и 2,0 МПа, соответственно (ТУ 48-0572-168/0-82). Срок хранения при комнатной температуре 1 ч. Пасту наносят на соединяемые поверхности с помощью специального наконечника прибора «Ульрастом», обеспечивающего смачивание за счет ультразвука. Давление при склеивании 0,1-0,15 МПа; термообработка при 70 °C в течение 96 ч; герметичность 1,0 МПа в течение 5 мин.