Способ получения охватывающих соединений керамики с металлом

 

Использование: изобретение относится к производству металлокерамических узлов и может быть использовано в химической, приборостроительной и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: на внутреннюю поверхность металлической детали наносят порошкообразный припой на оксидной основе, например, промышленное стекло или сварочный флюс и поверхности приводят в контакт. Первонаначальное расплавление части припоя осуществляют электрической дугой, а последующий нагрев выполняют пропусканием тока 150-250 А через контакт расплава припоя с металлом при вращении деталей вокруг продольной оси со скоростью 1300-1800 об/мин, после чего производят реверсирование вращения с одновременным отключением тока. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 (я) s С 04 В 37/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4869664/33 (22) 26,09.91 (46) 23.11.92. Бюл, ¹ 43 (71) Ижевский механический институт (72) H.À.Ñàïðoíoaà, В.А.Аникаев и А.Д,Медведев (56) Батыгин В.Н. и др. "Вакуумплотная керамика и ее спаи с металлами", М., Энергия, 1979, с.320-322. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОХВАТЫВАЮЩИХ СОЕДИНЕНИЙ КЕРАМИКИ С МЕТАЛJl0M (57) Использование: изобретение относится к производству металлокерамических узлов и может быть использовано в химической, Изобретение относится к производству металлокерамических узлов и может быть использовано в химической, приборостроительной и других отраслях промышленности.

Известен способ получения охватывающих соединений керамики с металлом диффузионной сваркой. Недостатком способа является необходимость использования вакуума или защитной среды, невысокое качество соединений из-за неравномерности контактирования деталей по цилиндрической поверхности, недолговечность оснастки.

Известен способ получения охватывающих соединений керамики с металлом способом пайки металлическими припоями с .предварительной металлизацией керамики.

Недостатком способа является сложность и

„„5U 1776649 А1

3 приборостроительной и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: на внутреннюю поверхность металлической детали наносят порошкообразный припой на оксидной основе, например, промышленное стекло или сварочный флюс и поверхности приводят в контакт. Первонаначальное расплавление части припоя осуществляют электрической дугой, а последующий нагрев выполняют пропусканием тока 150 — 250 А через контакт расплава припоя с металлом при вращении деталей вокруг продольной оси со скоростью 1300 — 1800 об/мин, после чего производят реверсирование вращения с одновременным отключением тока. 2 ил, многоступенчатость технологического и роцесса, обусловленные необходимостью предварительной металлизации керамики.

Известен способ активной пайки керамики с металлом, недостатком которого является ограниченная номенклатура применяемых припоев, невысокая механическая прочность спаев, вызванная образованием в зоне спая хрупких интерметаллических соединений, а также необходимость использования малопроизводительного вакуумного оборудования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ пайки оксидными припоями, в качестве которых используют стеклоприпои, стеклокристаллические цементы, керамические припои. Способ включает приготовление смеси порошка с органической связкой, за1776649. крепление смеси на одной или обеих поверхностях спаивания, сборку деталей с зазором, обеспечивающим капиллярное течение жидкого припоя, нагрев до плавления припоя в вакууме или защитной среде, . выдержку при этой температуре с последующим охлаждением в той же среде (1), Недостатком способа является сложность технологического процесса нанесения припоя, который включает смешивание тонкоизмельченного порошка припоя с органической связкой с последующим закреплением слоя припоя на металлической детали погружением, опрыскиванием, или, формированием припоя в виде шайб, подвергаемых термообработке при температуре 800-850 С. Непосредственно процесс . пайки осуществляется при использовании малопроизводительного печного оборудования, требует высокой точности сборки и применения оснастки с той целью, чтобы зазоры при пайке не превышали величину капиллярных зазоров; в противном случае пайка становится невозможной, Кроме того, недостатком способа является недостаточно высокая адгезионная прочность соединений, составляющая 2 — 3 кгс/мм . г

Последнее обусловлено следующим. Оксидные припои, близкие по своей химической природе к керамике, имеют достаточно высокую адгезию с керамикой, о чем свидетельствует повышенная механическая прочность соединений керамика-керамика.

В то же время прочность соединений оксидных припоев с металлом понижена из-за резкого отличия физико-химических свойств керамики и. металла, что приводит к снижению прочности соединения в целом.

Целью изобретения является упрощение технологии изготовления металлокерамических узлов пайкой припоями на оксидной основе и повышение адгезионной прочности соединений. Реализация поставленной цели позволит снизить трудоемкость технологического процесса пайки припоями на оксидной основе и повысить надежность металлокерамических соединений при эксплуатации.

Сущность способа поясняется чертежом, где на фигуре 1 приведен продольный, а на фигуре 2 поперечный разрез металлокерамического соединения в процессе выполнения способа.

Для осуществления способа поверхности деталей предварительно обезжиривают органическим растворителем, например, протиркой. Спаиваемые металлическая 1 и керамическая 2 детали собираются с зазором 0,4-0.8 мм в кожухе 3, содержащем вспомогательный электрод 4 из тугоплавко40

5

ro материала, например, из вольфрама, после чего кожух закрепляют в патроне токарно-винторезного станка. Вовнутрь металлической детали засыпают 20-30 грамм порошка припоя на оксидной основе, после чего вводят основной электрод 5. выполненный иэ тугоплавкого материала, на расстоянии 20-35 мм от торца керамической детали. Между основным 5 и вспомогательным 4 электродами возбуждается электрическая дуга, расплавляющая часть порошка припоя, после чего дугу шунтируют путем погружения электрода 5 в образовавшийся расплав припоя и пропускают ток величиной 150 — 250 А через контакт расплава припая с металлической деталью, от сварочного источника питания, например, ВКСМ-1000. При этом одновременно включают вращение сборки из металлической и керамической деталей со скоростью 13001800 об/мин, В процессе нагрева проходящим током происходит частичное проплавление металла на глубину 0,3 — 0,5 мм и образование кольцевых ванн 6 и 7 их расплавов металла и припоя. Действие центробежных сил обеспечивает достаточную ширину слоя расплава припоя, составляющую 30-50 мм, и проникновение припоя в зазор между спаиваемыми деталями. Действие электромагнитных сил, возникающих вследствие взаимодействия тока с собственным магнитным полем, приводит к взаимному перемещению расплавов и образованию на концевых участках расплавов макровыступа 8, в увеличенном виде показанного на рисунке. Макровыступ, наличие которого повышает адгезионную прочность спаев при сдвиге, стабилизируют включением двигателя вращения в режиме реверса и отключают ток. Через 20-30 с отключают двигатель вращения узла.

При токе менее 150 А величина электромагнитных сил невелика, макровыступ в контакте припоя и металла не формируется, прочность соединений снижается, При токе более 250 А имеет место черезмерное (более

1 мм) проплавление металла. При скоростях вращения менее 1300 об/мин отсутствует равномерный нагрев расплава припоя и ухудшается формирование слоя припоя.

При скоростях вращения более 1800 об/мин имеет место черезмерный перегрев расплава припоя.

Заявляемый способ получения охватывающих соединений керамики с металлом путем пайки на оксидной основе отличается от прототипа тем, что припой на внутреннюю поверхность металлической детали наносят в виде порошка, первоначальное расплавление части припоя осуществляют

1776649 электрической дугой. последующий нагрев Пример 2. Выполняли пайку соединедо полного расплавления припоя произво- ния с размерами, указанными в примере 1, дят пропусканием тока величиной 150-250 и в последовательности, указанной в аписаА через контакт расплава припоя с метал- нии сущности способа. В качестве припоя лом при вращении узла со скоростью 1300- 5 применяли порошок дисперсностью 50-150

1800 об/мин, после чего производят мкм стекла марки ОН состава e sec: SION реверсирование вращения с одновремен- 47; Alz0g 6,5; Т10 14,0; В Оз 1,5; К О 10,0; ным отключением. Упрощение технологиче- На О 21,0. Пайку выполняли на режиме: ток скогопроцессадостигаетсяблагодарятому. 200 А, скорость вращения 1500 об/мин. что.исключаются операции приготовления 10 Время нагрева от момента погружения смеси порошков припоя с органической электрода в расплав припоя и отключением связкой, нанесения и закрепления припоя токасоставляло2 мин. Прочность при сдвина спаиваемых поверхностях, нагрева в ма- ге полученных соединений составляла в лопроизводительном печном оборудова- среднем 32 — 38 МПа. нии, В качестве припоев можно 15 Формула изобретения испольэовать порошковые материалы низ- 1. Способ получения охватывающих сокой дисперсности в состоянии поставки, на- единений керамики с металлом путем нанепример, промышленные стекла и сварочные сения на одной иэ поверхностей припоя на флюсы. оксидной основе, приведения поверхностей

Изобретение иллюстрируется следую- 20 в контакт и нагрева до расплавления.прищими примерами. поя, отличающийся .тем, что, с целью

Пример 1. Выполняли пайку трубки упрощения технологии изготовления и поиз керамики 22ХС с наружным диаметром вышения механической прочности соедине22 мм и толщиной стенки 2,5 мм с цилинд- ний, припой наносят в виде порошка на ром иэ стали марки ст.3 с внутренним диа- .25 внутреннюю поверхность металлической метром 23 мм и толщиной стенки 4,5 мм в детали, первоначальное расплавление часпоследовательности, указанной в описании ти припоя осуществляют электрической дусущности способа. В качестве припоя при- гой, последующий нагрев выполняют меняли сварочный флюс марки AH-20 дис- пропусканием тока величиной 150-250 А чеперсностью 150 — 250 мкм. Детали собирали 30 рез контакт расплава припоя с металлом при величине нахлестки 15 мм. Пайку вы- при вращении деталей вокруг продольной полняли на режиме; ток 200 А, скорость вра- оси со скоростью 1300-1800 об/мин, после щения 1500 об/мин. Время нагрева от чего производят реверсирование вращения момента погружения электрода в расплав содновременнымотключениемтока. припоя и отключением тока составляло 3 35 2. Способ по п.1, отличающийся мин. Прочность при сдвиге полученных сое- тем, что в качестве припоя используют продинений составляла в среднем 28-35 МПа. мышленное стекло или сварочный флюс.

1776649

Составитель Н. Сапронова

Редактор Т. Куркова Техред М.Моргентал Корректор А.Козориэ

Заказ 4098 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101