Способ диффузионной сварки монокристаллов корунда

 

Изобретение относится к сварке давлением с подогревом,в частности к. ДИФФУЗИОННОЙ сварке, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для соединения монокристаллов корунда. Целью изобретения является повышение качества сварного соединения.Предварительно на свариваемых поверхностях соединяемых деталей из монокристаллического корунда образуют поликристаллический слой толщиной 1,5-2 мкм путем их обработки абразивом - вначале карбидом бора,а затем алмазом. Соединяе- Mbie детали совмещают cвapивae ы ш поверхностями и устанавливают в нагревательную печь. Детали нагревают до температуры выше температуры рекристаллизации , но ниже температуры плавления , сжимают и осуществляют изотермическую выдержки. Затем зону соединения перемещают в области нагрева с градиентом температуры 200 - 400 град./см со скоростью 10-150 мм/ч и охлаждают. Во время нагрева благодаря процессам первичной и вторичной рекристаллизации, поликристаллическая прослойка исчезает, т.е. исчезает граница раздела и тем самым повышается качество сварного соединения . (Л с: DO :л со со

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУбЛИК (19) (11) А1 (511 4 В 23 К 20/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3944912/25-27 (22) 16.08.85 (46) 07.06.87. Бюл. № 21 (72) Е.P. Добровинская, Л.А. Литвинов и В.В. Пищик (53) 621..79 1.66(088.8) (56) Патент Великобритании № 1365403, кл. В 23 К 19/00, 04.09.74.

Патент Франции № 2132050, кл. В 23 К 19/00, 22.12.72. (54) СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ МОНОКРИСТАЛЛОВ КОРУНДА (57) Изобретение относится к сварке давлением с подогревом,в частности к.диффузионной сварке, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для соединения монокристаллов корунда. Целью изобретения является повышение качества сварного соединения. Предварительно на свариваемых поверхностях соединяемых деталей из монокристаллического корунда образуют поликристаллический слой толщиной 1,5-2 мкм путем их обработки абразивом — вначале карбидом бора,а затем алмазом. Соединяемые детали совмещают свариваемыми поверхностями и устанавливают в нагревательную печь. Детали нагревают до температуры выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры плавления, сжимают и осуществляют изотермическую вьдержки. Затем зону соединения перемещают в области нагрева с градиентом температуры 200—

400 град./см со скоростью 10-150 мм/ч и охлаждают. Во время нагрева благодаря процессам первичной и вторичной рекристаллизации, поликристаллическая прослойка исчезает, т.е. исчезает граница раздела и тем самым повышается качество сварного соединения.

1 13

Изобретение относится к сварке давлением с подогревом, в частности к диффузионной сварке, и может быть использовано в различных отраслях промьпиленности для .соединения монокристаллов корунда.

Целью изобретения является повышение качества сварного соединения.

Способ осуществляют следующим образом. .Предварительно на свариваемых поверхностях .соединяемых деталей из мо.нокристаллов корунда образуют поликристаллический слой толщиной 1,5— . 2 мкм путем их обработки абразивом; вначале карбидом бора с размером зерна И40, И24 и М14, а затем алмазом !

АСМ 7/5 и ACN 5/3.

Соединяемые детали совмещают свариваемыми поверхностями, устанавливают в нагревательную печь, нагревают выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры плавления, сжимают и осуществляют изотермическую выдержку. Затем зону соединения перемещают в области нагрева с градиентом температуры 200-400 град./см со скоростью 10-150 мм/час, после чего детали охлаждают до комнатной.

Благодаря поликристаллической прослойке толщиной 1,5- 2 мкм, образуемой на свариваемых поверхностях деталей из монокристаллов корунда,. и иэотермической выдержке при температуре выше температуры рекристаллизации в зоне соединения образуется однородный мелкозернистый поликристаллический слой, что свидетельствует о равномерности протекания первичной рекристаллиэации по толщине всего слоя. В процессе дальнейшего перемещения зоны соединения в области нагрева с градиентом температуры 200-400 град./см со скоростью

10-150 мм/ч происходит процесс вторичной рекристаллизации, в результате которой поликристаллическая прослойка исчезает и образуется единый монокристалл, при этом прочность соединения достигает уровня прочности основного материала.

При толщине поликристаллического слоя больше 2 мкм нарушается одно.родность поликристаллической прослойки, в ней появляются аномально больщие зерна, затрудняющие в дальнейшем йротекание процесса вторичной рекристаллиэации и снижающие качество сварного шва,. а при толщине меньше. 2 мкм

15199 2

5

20 в процессе нагрева сразу происходит процесс вторичной рекристаллизации, и поликристаллическая прослойка исчезает до создания общих зерен.

Технологические параметры процесса (температура. нагрева, скорость перемещения в области нагрева с градиентом температуры и его величина) связаны сложной функциональной зависимостью: чем выше температура проведения процесса, тем выше подвижность межзеренных границ,при этом скорость перемещения может быть увеличена, а величина осевого градиента температуры уменьшена, так как подвижность границы проявляется при меньших термоупругих напряжениях и, наоборот, снижение температуры процесса требует уменьшения скорости перемещения (т.е. увеличения времени нахождения эоны соединения в градиентной облас-! ти) и увеличения градиента температуры.

При скорости перемещения ниже

10 мм/ч и градиенте температуры ниже 200 град./см создается грубоэернистая неоднородная структура поликристаллической прослойки, так называемая островная разнозернистость, !! !! при которой отношение площадей различных зерен в поликристаллической прослойке может достигать 1:10. Нали. чие такой неоднородной поликристаллической прослойки резко снижает возможность ее монокристаллизации в процессе вторичной рекристаллизации и, как следствие, приводит к снижению качества и прочностных характеристик сварного шва.

При скорости перемещения выше

150 мм/ч и градиенте температуры

400 град./см возникают термоупругие напряжения, величина которых оказывается выше предела прочности материала свариваемых деталей — они растрескиваются в процессе сварки.

Пример . Изготавливали тигель с наружным диаметром 8 мм и высотой

40 мм.

Тигель изготавливали из двух деталей — монокристаллической трубки из монокристаллического корунда, выращенной методом Степанова, с наружным диаметром 8 мм и толщиной стенки 1мм, и донышка в виде диска из монокристаллического корунда диаметром 8 мм и толщиной 1 мм.

Формула изобретения

Составитель Т. Олесова

Техред М.Моргентал Корректор Л.Патай

Редактор В. Данко

Заказ 2243/12 Тираж 975 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5,Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 13151

Один из торцов трубки и одну из поверхностей диска обрабатывали свободным абразивом следующим образом: на первом этапе карбидом бора, изменяя размер зерен в следующем порядке: М40, М24, MI4. На конечной стадии поверхности обрабатывали алмазом с постепенно уменьшающимся размером зерен ACM 7/5, 5/3. После такой обработки в приповерхностных слоях моно- 10 кристаллов образовывался поликристаллический слой толщиной до 2 мкм.

Трубку и диск совмещали по свариваемым поверхностям и помещали в индуктор установки Донец-1. Камеру гер- 15 метиэировали и осуществляли нагрев деталей и до 1850 С. После достижения заданной егемпературы с помощью рабочих штоков установки детали сжимали усилием 1,5 кг/мм и осуществля-20 ли изотермическую вьдержку в течение

1,5 ч для прохождения процесса рекристаллизации и образования общих зерен на контактной поверхности, После изотермической вьдержки зону соединения перемещали в области нагрева с градиентом температуры 350 град./см со скоростью f00 мм/ч с последующим

99 4 охлаждением образца до комнатной температуры.

Механические испытания показали, что прочностные характеристики сварного соединения равны характеристикам основного материала.

Способ диффузионной сварки монокристаллов корунда через поликристаллическую промежуточную прослойку, при котором свариваемые детали нагревают выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры плавления, сжимают и осуществляют изотермическую вьдержку на стадии формирования физического контакта, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения прочности сварного соединения, поликристаллическую прослойку образуют предварительно на каждой из свариваемых поверхностей толщиной 1,5

2 мкм, а после изотермической выдержки зону соединения перемещают в области нагрева с градиентом температу- ры 200-400 град./см со скоростью 10f50 мм/ч.