Металлические клеи представляют собой смесь жидкого металла, например ртути или галлия, имеющего температуру плавления около 30 °С, и порошка более тугоплавкого металла, например меди. В результате диффузии этих металлов в клее образуются интерметаллические соединения и твердые растворы, имеющие высокие температуры плавления. Такие клеи отверждаются при комнатной температуре [380]. В качестве жидкого компонента можно использовать эвтектические смеси галлия с другими металлами (имеющими температуру плавления ниже, чем у галлия). Диффузия резко возрастает с повышением температуры, поэтому для ускорения схватывания клей необходимо нагревать. При этом следует иметь в виду, что при понижении температуры клея ниже температуры плавления жидкого компонента пастообразный клей затвердевает. Однако при последующем нагревании до температуры плавления жидкого компонента клей опять становится пастообразным, а детали оказываются несклеенными. Контакт твердого металла с жидким может приводить к разрушению металлов и сплавов, находящихся в контакте с расплавами [381]. Защите твердых металлов от охрупчивающего действия жидких металлов способствует микролегирование твердого металла, легирование жидкого металла, а также повышение качества поверхности твердого металла (устранение царапин и др.) [382]. Создание твердеющих галлиевых композиций, отвечающих заданным требованиям, является очень сложной задачей, требующей учета ряда факторов, которые во многих случаях могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на эксплуатационные характеристики соединений [383].


Галлий хорошо смачивает большинство металлов, поэтому склеивать их достаточно легко. Большинство металлических клеев имеет способность увеличиваться в объеме при схватывании. Это позволяет склеивать детали, даже если они не смачиваются жидким компонентом клея. Конструкция соединения должна быть такой, чтобы склеиваемые детали охватывали одна другую. При этом клей, полностью заполняющий зазор между деталями, благодаря внутреннему давлению будет уплотняться и упрочняться. Если же подвергать клей, нанесенный на поверхность, термообработке, то он превращается в порошок вследствие окисления галлия кислородом воздуха. Металлическими клеями можно склеивать и неметаллические детали.


Подготовка поверхностей деталей для склеивания металлическими клеями принципиально не отличается от подготовки для склеивания обычными клеями. Поверхность следует промыть спиртом или смесью спирта с петролейньш эфиром в соотношении 1:1. Затем деталь надо просушить в термостате при 40 °С. Перед нанесением клея поверхности смачивают капелькой жидкого галлия, который наносят вольфрамовым острием. Вольфрам очень твердый и хорошо смачивается галлием, поэтому вольфрамовое острие легко прорывает окисную пленку на металле и поверхностный слой керамики. Окисную пленку можно удалить и другими, например химическими, способами, но обязательно в присутствии жидкого галлия.


Клей наносят небольшой лопаткой из фторопласта на одну из деталей, подогретую до 35±2 °С, и притирают к поверхности, чтобы он образовал конус с пологими поверхностями. Эту деталь склеивают с другой, нагретой до той же температуры, и притирают их друг к другу, чтобы клей полностью заполнил зазор между деталями. Затем детали зажимают в приспособлении и выдерживают на воздухе при комнатной температуре в течение 24 ч или подвергают термообработке при 120—140 °С в течение 6—8 ч. В последнем случае деталь охлаждают до комнатной температуры вместе с термостатом и только после этого ее вынимают из приспособления.


Для приготовления клея пастообразной консистенции используют галлий Гл-000, индий ИН-1, олово 0-1 и порошок меди ПМ-2. Клеи готовят смешением жидкого галлия или низкоплавкого галлиевого сплава (галлий-—олово, галлий — индий) с порошком меди. Содержание меди 56—66 вес. %.


В табл. 1.72 и 1.73 приведены данные о прочности клеевых соединений металлов на металлических клеях в зависимости от состава клея, режима термической обработки, коррозионных и вибрационных воздействий, температуры испытаний.


Металлический клей Мекладин, выдерживающий вакуум 10"4 мм рт. ст. в течение 30 мин, может эксплуатироваться в течение более 5 лет. Клеем можно склеивать детали, находящиеся долгое время в воде [384]. Клей Мекладин применяется при изготовлении пьезокерамических ударных акселерометров для вклеивания металлического инерционного элемента в пьезотермическое кольцо и этого кольца в металлический корпус [385]. Клей может быть использован также при изготовлении пьезоэлектрических обойм возбуждения акустического преобразователя [386].


Галлиевые композиции, содержащие в качестве наполнителя порошки магния, титана, хрома, железа, кобальта, никеля, серебра, золота, ниобия, молибдена, иридия, платины и других металлов, обладающие способностью к снижению прочности под действием галлия или низкоплавкого галлиевого сплава [387], применяются в качестве вакуумуплотнительных составов [388].


Разработаны галлиевые композиции, содержащие в качестве наполнителя порошки алюминия и его сплавов с размером частиц до 0,04 мм [389]. Композиции могут быть применены при изготовлении изделий из алюминиевых сплавов при стыковке фланца с трубой [390].


Очень перспективно применение металлических клеев взамен органических при изготовлении пьезокерамических датчиков. Клеи более теплостойки, имеют большой модуль упругости и способны передавать на пьезокерамический чувствительный элемент высокочастотные механические напряжения. Поэтому пьезоэлемент может регистрировать механические колебания более высокой частоты.


Рекомендуется склеивать металлическими клеями полупроводниковые приборы и элементы, в частности выводы диодов и транзисторов на контактах монтажной схемы.


Металлические клеи, например Мекладин, могут быть применены при изготовлении высокотемпературных штепсельных разъемов [391]. Галлиевые композиции рекомендуется применять для соединения при комнатной температуре меди с медью, вольфрамом, молибденом, никелем, кремнием, титанатом бария, арсенидфосфи-дом индия и галлия, стеклом и кварцем; ковара с коваром, керамикой, карбидом кремния, кремнием, стеклом, кварцем и сапфиром; латуни с латунью и ферритами; нержавеющей стали со сталью и кварцем; стекла со стеклом и никелем; молибдена с окисью берриллия; пьезокерамики со сталью, латунью, вольфрамом и сплавом ВНМЗ-5; окиси бериллия с окисью бериллия, а также для крепления навесных элементов к платам. При работах с таллиевыми композициями не требуется соблюдения каких-либо специальных мероприятий по технике безопасности. На кожу и слизистые оболочки глаз действует лишь нитрат галлия [392, 393].