Способ изготовления трубчатого соединения алюмооксидной керамики с металлом


 

B23K103/18 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2515722:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (RU)

Изобретение может быть использовано при изготовлении металлокерамических узлов пайкой, например, керамической и титановой трубок. Подготавливают сборку керамической и титановой деталей с размещенным между ними алюминиевым припоем. Разогрев места стыка керамики с титаном производят при непрерывном вращении сборки сфокусированным электронным пучком в вакуумной камере при давлении 5-15 Па до расплавления припоя. После выдержки в таком состоянии в течение 1-2 минут выключают электронный источник, и после остывания извлекают сборку из вакуумной камеры. Использование алюминия в качестве припоя в совокупности с исключением операции предварительной металлизации керамики и проведением операции нагрева стыка керамики с металлом электронным пучком при заданном давлении позволяет повысить производительность процесса изготовления трубчатого соединения за счет снижения его продолжительности. 1 ил.

 

Изобретение относится к обработке материалов, а именно к технологии соединения керамических деталей с металлическими элементами, и может быть использовано при изготовлении металлокерамических узлов. Известен способ получения многослойных металлокерамических соединений лазерной пайкой (Виноградов Б.А., Мещерякова Г.П., Кудрявцев А.О. // Механика композиционных материалов и конструкций. -2008. - №2. - С.250-268). В этом способе в качестве припоя используются титан, ковар (29НК), медь и припой ПОС-61, а плавление припоя осуществляется за счет энергии лазерного луча. В этом способе собственно пайке предшествует операция металлизации керамики титаном или медью, осуществляемая соответственно вакуумным испарением или электрохимическим осаждением. Наличие этой операции увеличивает общую продолжительность изготовления металлокерамического соединения. Известен способ изготовления герметичных металлокерамических узлов (Патент РФ на изобретение №2099312. Опубл. в ГРИ Роспатент 20.12.1997). Способ включает операцию металлизации керамики путем механического втирания титана и операцию покрытия металлической детали гальваническим никелем. Затем детали собираются соосно, причем в место сопряжения деталей вкладывается припой на основе меди и серебра, после чего припой расплавляется лучом лазера. Несмотря на то что пайка проводится без применения вакуумных камер, наличие нескольких операций, производимых в различных установках, приводит к заметному возрастанию продолжительности всей технологической цепочки изготовления металлокерамического соединения. Кроме того, для предотвращения окисления припоя требуется его защита флюсом, что создает определенные проблемы с точки зрения безопасности персонала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения конусного охватывающего соединения алюмооксидной керамики с металлом (Патент РФ №2029753). В указанном способе последовательно реализуются несколько операций, первая из которых - металлизация керамики, заключающаяся в механическом втирании титана в керамику. Вторая операция - изготовление сборки керамика-металл с размещенным между ними припоем, содержащим медь и серебро. Третья операция - пайка с использованием лазерного луча в качестве источника нагрева. Серебро и медь, содержащиеся в припое, обусловливают необходимость нагрева соединяемых деталей до температур не менее 850°C. Это обстоятельство с учетом ограничений на скорости нагрева и охлаждения увеличивает время, затрачиваемое на создание металлокерамического соединения. Помимо этого для получения однородной металлизации механическим втиранием требуется тщательная подготовка кромки керамической детали. Это также влияет на общую продолжительность реализации технологии соединения.

Цель настоящего изобретения состоит в повышении производительности процесса изготовления трубчатого соединения алюмооксидной керамики с металлом за счет снижения продолжительности процесса. Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом способе, содержащем операцию приготовления сборки керамической и металлической трубок с размещенным между ними припоем, исключена операция металлизации керамики, а в качестве припоя использован алюминий. Сборку помещают в вакуумную камеру и откачивают ее до давления 5-20 Па. После этого производят разогрев места соединения трубок электронным пучком до расплавления алюминия при одновременном вращении сборки. Температуру, соответствующую расплавленному алюминию, поддерживают в течение одной-двух минут, после чего выключают источник электронного пучка и выдерживают сборку в вакуумной камере до остывания. Вакуум 5-20 Па обеспечивается применением лишь механических средств откачки и может быть достигнут за несколько минут со времени включения насоса, что дает эффект снижения продолжительности всего процесса изготовления соединения. Нижний предел указанного диапазона давлений обусловлен возможностью разогрева электронным пучком области керамики, прилегающей к месту соединения, поскольку плазма, образуемая вдоль траектории пучка, обеспечивает отекание заряда с керамики и передачу керамике энергии пучка. Использование давлений выше 20 Па нецелесообразно из-за возможности окисления расплавленного алюминия. Применение алюминия в качестве припоя позволяет, во-первых, снизить температуру разогрева соединяемых кромок до 660°C и, следовательно, сократить время разогрева и остывания, и, во-вторых, исключить операции металлизации керамики, поскольку расплавленный алюминий смачивает алюмооксидную керамику и создает с ней и металлом прочное соединение. Указанная совокупность и последовательность операций позволяет достичь цели изобретения - повышения производительности процесса изготовления трубчатого соединения алюмооксидной керамики с металлом.

На чертеже изображена схема реализации предлагаемого способа изготовления трубчатого соединения алюмооксидной керамики с металлом. Сборку, включающую керамическую 1 и металлическую 2 трубчатые детали с расположенной между ними алюминиевой прокладкой 3, помещают в вакуумную камеру 4, откачиваемую механическим форвакуумным насосом. По достижении рабочего давления место стыка деталей 1 и 2 облучают сфокусированным электронным пучком 5 при одновременном вращении соединяемых деталей. Пучок формируется электронным источником 6 с плазменным катодом. После прогрева до температуры, достигающей температуры плавления алюминия, производится выдержка в течение одной-двух минут при этой температуре, а затем источник 6 выключают, соединяемые детали выдерживают в вакууме до остывания и извлекают из камеры в атмосферу.

Пример. Для испытаний были взяты два отрезка труб диаметром 20 мм и длиной 50 мм, одна из которых изготовлена из алюмооксидной керамики М7, а другая титановая. Между трубами была размещена кольцеобразная алюминиевая прослойка толщиной 1 мм. Приготовленная сборка зажималась в держателе с электроприводом и помещалась в вакуумную камеру, которую затем откачали механическим вакуумным насосом АВ3-20. По достижении давления 10 Па включили источник сфокусированного электронного пучка и в течение 10 мин в условиях вращения труб вокруг своей оси с частотой 5 оборотов в минуту производили прогрев участков, прилегающих к стыку деталей. При этом ток и энергия пучка составляли 0,2 А и 10 кэВ соответственно. После разогрева облучаемой области до расплавления алюминия это состояние поддерживалось в течение одной минуты, после чего источник электронного пучка был выключен. После десятиминутной выдержки в вакууме соединенные детали были извлечены из вакуумной камеры в атмосферу.

Способ изготовления пайкой трубчатого соединения алюмооксидной керамики с титаном, включающий операции приготовления сборки керамической и титановой деталей с размещенным между ними припоем и последующего нагрева сборки до температуры расплавления припоя, отличающийся тем, что в качестве припоя используют алюминий, разогрев места стыка керамики с титаном при непрерывном вращении сборки производят сфокусированным электронным пучком в вакуумной камере при давлении 5-15 Па до расплавления алюминия, выдерживают это состояние 1-2 минуты, выключают электронный источник и после остывания извлекают сборку из вакуумной камеры.



 

Похожие патенты:
Способ может быть использован для пайки изделий разной сложности, в том числе тонкостенных, из стали и/или из материалов на основе меди или медных сплавов. На паяемую поверхность наносят покрытие из гальванического никеля толщиной 21-30 мкм.

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для пайки изделий из специальных сталей и активных материалов. .
Изобретение относится к способам пайки деталей из алюминия и его сплавов припоями на основе эвтектических сплавов, содержащими в своем составе кремний и германий. .

Изобретение относится к области пайки и может применяться в соединении тонкостенных разнородных колец (труб) в трубостроении, теплоэнергетике, а также авиационной и смежных с ними отраслях промышленности.
Изобретение относится к области металлургии. .

Изобретение относится к области соединения пайкой двух материалов, имеющих различные термомеханические свойства, и может быть использовано для соединения деталей газотурбинного двигателя.
Изобретение относится к области соединений деталей пайкой и может быть применено при соединении разнородных металлов в ракетостроении, в частности в различных машинах, механизмах и аппаратах, работающих при высоких давлениях и температурах.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для исправления дефектов на деталях в виде тонкостенных отливок из жаропрочных сплавов. .
Способ может быть использован для пайки изделий разной сложности, в том числе тонкостенных, из стали и/или из материалов на основе меди или медных сплавов. На паяемую поверхность наносят покрытие из гальванического никеля толщиной 21-30 мкм.

Изобретение может быть использовано для изготовления многослойных металлических панелей в авиакосмическом машиностроении. Осуществляют сборку пакета путем локального соединения листов заполнителя и размещения их между обшивками.

Изобретение может быть использовано для получения трубы методом электрического сопротивления. Перемещаемую металлическую полосу сгибают формующими роликами до получения цилиндрической формы так, что оба ее конца в направлении ширины металлической полосы обращены друг к другу.

Способ может быть использован при соединении контактной сваркой оплавлением железнодорожных стальных рельсов, в частности из заэвтектоидной рельсовой стали с высоким содержанием углерода.

Изобретение относится к способу и машине комбинированной дуговой сварки. Изобретение позволяет достигнуть предотвращение ухудшения ударной вязкости зоны термического влияния за счет поддержания плотности тока газоэлектрической сварки металлическим электродом и дуговой сварки под флюсом в пределах соответствующего диапазона во время сварки стального листа.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению труб из технически чистого титана с радиальной структурой. Для получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой изготавливают заготовки в виде колец, деформируют с уменьшением толщины их стенок и увеличением их диаметра, а затем сваривают торцами встык с получением трубы.

Изобретение может быть использовано для центровки рельсов в машине контактной стыковой сварки. В зону стыкуемых торцов рельсов вводят манипулятор с расположенными на нем датчиками расстояния и корректируют с помощью сервомеханизмов положение зажатия концов свариваемых рельсов путем их вертикального и горизонтального перемещения.

Изобретение относится к производству сварных труб методом электросопротивления. Перемещаемую металлическую полосу сгибают посредством валков до получения цилиндрической формы с обращенными друг к другу концами металлической полосы в направлении ее ширины и соединяют посредством сварочной установки.

Сварочная головка может быть использована для соединения контактной стыковой сваркой оплавлением крайних участков двух секций рельсового пути. Две полуголовки (10) сварочной головки расположены одна напротив другой с возможностью скольжения одной относительно другой в продольном направлении.

Изобретение относится к машине для контактной стыковой сварки рельсов и может использоваться как при сварке отдельных рельсов, так и при сварке длинных рельсовых секций с предварительным натяжением, а также при ремонте рельсовых путей в полевых условиях.

Изобретение может быть использовано в процессах изготовления щеточных уплотнений методами пайки с помощью электронного луча. Кольцевое основание и кольцевые опорные пластины собирают в кольцевую оправку, на которую наматывают проволоку и прижимают ее к оправке прижимными кольцевыми пластинами.
Наверх