Паяное соединение деталей из разнородных материалов
Изобретение относится к области пайки и может быть использовано при соединении неметаллических материалов с металлами при создании различных конструкций в различных отраслях машиностроения. Цель - повышение работоспособности соединения за счет снижения в нем напряжений и увеличения прочности. Паяное соединение содержит металлическую 1 и керамическую 2 детали, а также упругую прокладку 3, состоящую из набора гибких линейных металлических элементов, выпол ненных в Bi-ще щетки, и соединеннзпо через слой припоя с обеими деталями 1 и 2. Вьтолнение металлических элементов в виде щетки позволяет регулировать плотность их расположения между деталями, и обеспечить высокую прочность соединения и снятие напряжений . -1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл. S
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„.„Ы3„„ 14ЗО2О1
< > 4 В 23 К 1/19
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4006279/31-.27 (22) 06. 10.86 (46) 15.10.88. Бюл, И- 38 (71) Институт проблем материаловедения АН УССР (72) Ю.В.Найдич, Б.Д.Костюк, В.Л.Побережнюк, Г.А.Колесниченко, В.С.Журавлев, Я.M.Гендлин, М.В. Работнов и А.А.Беляков (53) 621.791.36(088.8) (56) Патент США № 4338380, кл. В 23 К i/19, .1984.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1139588, кл. В 23 К 1/19, 1983.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1215908, кл. В 23 К 1/19, 1984. (54) ПАЯНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ
РАЗНОРОДНЫХ ИАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к области пайки и может быть использовано при соединении неметаллических материалов с.металлами при создании различных конструкций в различных отраслях машиностроения. Цель - повышение работоспособности соединения за счет снижения в нем напряжений и увеличения прочности. Паяное соединение содержит металлическую 1 и керамическую
2 детали, а также упругую прокладку
3, состоящую из набора гибких линейных металлических злементов, выполненных в виде щетки, и соединенную ф через слой припоя с обеими деталями
1 и 2. Выполнение металлических элементов в виде щетки позволяет регули- С ровать плотность их расположения меж. ) ду деталями и обеспечить высокую прочность соединения и снятие напряжений. 1 з и. ф лы, 1 ил., 1 табл.
1430201
Изобретение относится к пайке изделий и может быть использовано при соединении неметаллических материалов с металлами в различных отраслях машиностроения.
Целью изобретения является повышение работоспособности соединения за счет снижения в нем напряжений и увеличения прочности.
На чертеже изображено паяное соединение металлической 1 и керамической 2 деталей.
Паяное соединение содержит металлическую 1 и керамическую 2 детали
H упруг ю прокладку Зq состоящую из набора гибких линейных металлических элементов, выполненных в виде щетки, и соединенную через слой припоя 4 с обеими деталями.
Толщина металлического элемента может составлять 0,04-0 16 его длины, толщина слоя припоя может составлять
0 25-1,0 толщины металлических элементов, а площадь паяного соединения может составлять 5-60% соединяемой площади деталей. Выполнение металлического элемента в виде щетки позволяет, с одной стороны, обеспечить высокую жесткость и прочность конструкции, а с другой стороны, полу- чить значительную пластичность промежуточной прокладки, что способствует уменьшению термонапряжений, а следовательно, повышению прочности металлокерамического соединения.
Толщина металлического элемента, равная 0,16 его длины, является верхним пределом и определяется пределом жесткости промежуточной .прокладки, а нижний предел 0,04 обусловлен необходимой.прочностью на сжатие и растяжение.
20
Нюкний предел толщины слоя припоя на паяемых поверхностях керамической и металлической деталей, составляющей 0,25-1,0 толщины гибкого элемента, является наиболее предпочтительным, поскольку, с одной стороны, он соответствует минимальным напряжениям на границе припой — керамическая деталь, а с другой стороны, минимальная толщина припоя обеспечивает высокую прочность пайки металлических элементов, приравниваемую к прочностным характеристикам самого припоя. Увеличение толщины слоя припоя существенно не влияет на прочность пайки гибких элементов. Превышение толщиной слоя припоя 1 0 толщины гибкого элемента приводит к понижению прочностных характеристик соединений, что объясняется уменьшением гибкости и подвижности промежуточной прокладки. К тому же, большая толщина слоя припоя, нанесенного на паяемую поверхность керамической детали, превышающая значе-. ния порядка 0,25 мм, приводит к значительным напряжениям на этой поверхности, что может стать причиной растрескивания и отслаивания металлизационного слоя, о
Площадь пайки металлических элементов к. паяемой поверхности детали может составлять от 5 до 60% площади этой поверхности и равна
1 9 где N — число точек пайки гибких элементов;
S площадь пайки одного элемента.
Минимальная требуемая прочность пайки обеспечивается при значении площади пайки, равном 5%. С ростом количества точек пайки N растет общая площадь пайки, а следовательно, должна расти прочность паяного соединения. Но при превышении площади пайки значений 40-50% на прочности паяного соединения начинаег отрицательно сказываться фактор увеличения жесткости промежуточной прокладки, хотя прочностные характеристики этого соединения остаются высокими за счет значительной площади пайки. Превышение площади пайки значений 60% приводит к резкому скачку жесткости промежуточной прокладки, которая в данном случае характеризуется очень низкими релаксационными свойствами. Оптимальная площадь пайки равна 4050%.
Металлокерамические соединения, спаянные через упругую прокладку, способны успешно работать как в условиях термоциклирования, при изменен>и температ => в =щц око=- цхап=: -«-, к к и в условиях воздейс"гвалт &х « -атических, либо динамических вагр зок.
При эксплуатации такого соединения в условиях термических нагрузок в вследствие рассогласования по коэффициентам термического расширения керамической и ьжталлической д тллей .их относительное перемещение, а следовательно, и возникающие при этом тер3 1430201 4 монапряжения воспринимаются промежу- щади пайки на прочность металлокераточной прокладкой, которая реагирует мического соединения приведено в на это изменением ориентации и формы таблице. образующих ее гибких элементов.
Промежуточная прокладка при механическом воздействии на металлокерамическое соединение выполняет функцию полужесткой связи между керамической и металлической деталями. Прочность этого соединения на сжатие определяется устойчивостью элементов промежуточной прокладки к сжимающим нагруз5
Упругая прокладка в виде щетки благодаря возможности управления плотностью упаковки ее упорядоченных элементов управляема по порпстости и капиллярности, что позволяет исключить неблагоприятный фактор пропитки ее металлов и повысить ее работоспособность.
Формула изобретения
Соотношение Площадь толщины ме- пайки
Пр оч но с ть ме тал-, локерамического соединения на разрыв
5 x 10 H/м
Соотношение тол щины гибкого элемента и его таллизацион- гибких ного слоя и элементолщины гиб- тов. длины
cl
S 7. кого элемента, d
0,33
0,8
0,15
0,8
0,20
О, 15
0,08
0,15
0,25
0,08
1,2
0,2
0,07
0,8
0,12
О, 10
0,1
1,8
0,5
0,12
50 кам.
Прочность металлокерамического соединения на разрыв в значительной степени зависит от напряженного состояния поверхностного паяемого слоя керамической детал;-, а cs. едовательно, зависит от толцинь| металлизацион- 20 ного покрытия и слоя припоя и жесткости промежуточной прокладки. Суммируясь, паяные напряжения на границе керамическая деталь — слой припоя и напряжения, возникшие при пайке 25 из-за разности коэффициентов термического расширения разнородных паяемых деталей и воспринимающиеся также поверхностным слоем керамической де тали, являются причиной того, что разрыв металлокерамического соединения происходит по напряженному паяемому слою керамической детали.
Влияние параметров промежуточной прокладки, описывающие ее жесткость, толщины металлизационного слоя и пло35
1. Паяное соединение деталей из разнородных материалов, содержащее керамическую И металлическую детали и упругую прокладку, состоящую из набора гибких линейных металлических элементов, соединенных через слой припоя с обеими деталями, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения работоспособности соединения за счет снижения в нем напряжений и увеличения прочности, металлические элементы выполнены в виде щетки.
?. Соединение деталей по п.1, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что толщина металлического элемента составляет 0,04-0,16 его длины, толщина слоя припоя составляет 0,25-1,0 толщины металлических элементов, а площадь паяного соединения составляет 5-60Х от соединяемой площади деталей. t 430201 6
Продолжение таблицы
0,06
0,5
2,0. 0,16
0,25
О,б
0,5
0,04
0,4
1,5
Составитель Л.Абросимова
Техред M.Äèäûê Корректор Э.Лончакова
Редактор И. Рыбче нко
Заказ 5181/13
Тираж 922 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
Соотно щины г элемен фди
6 оотношение олщины меаллизацион
oro слон и олщины гиб ого злемен а, d ощадь йки бких емен
J X очность металкерамического единения на раз ыв рк 10, H,/N
