Способ диффузионной сварки цилиндрических деталей

 

ОП ИСАЙ ИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

<„996143

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 04.05.81 (21) 33060! 6/25-27 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (5!) М. Кл.

В 23 К 20/16

Гееударстаалвмй кемлтет

СССР (53) УДК 621.791..66 (088.8)Опубликовано 15.02.83. Бюллетень № 6 ло делам лаюбратеннл и еткрмтий

Дата опубликования описания 25.02.83 (72) Авторы изобретения

H. Ф. Казаков и А. В. Сергеев

Московский ордена Трудового Красного Знамен институт мясной и молочной промыш (71) Заявитель (54) СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ

ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ!

Изобретение относится к сварке давлением с подогревом, в частности к диффузионной сварке, и может быть использовано в электротехнической и радиотехнической промышленности для. получения охватывающих металлокерамических соединений.

Известен способ соединения металла с керамикой, предусматривающий использование многослойной промежуточяой прокладки, яагревание, сдавливание, изотермическую выдержку и охлаждение (1).

Недостатком способа является невозможность создания принудительного усилия

/ сжатия для получения диффузионных сварных соединений металла с керамикой;

Наиболее близким к изобретени - технической сущности и достигаемому эффекту является способ диффузионной сварки цилиндрических деталей из металла и керамики через промежуточную прокладку с последующим охлаждением и с промежуточными отжигами (2).

Недостатком способа является низкая вакуумная плотность при 700 †11 К.

Цель изобретения — повышение вакуумной плотности при 700 — 1120 К.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу диффузионной сварки цилиндрических деталей из металла и керамики через промежуточную прокладку с последующим охлаждением с промежуточными отжигами, пРомежуточную прокладку ус-. танавливают с термическим натягом на керамическую деталь.

Можно использовать многослойную прокладку, при этом каждый последующий слой устанавливают с натягом иа предыдущий.

Отжиг в процессе охлаждения осуществляют после установки каждого слоя промежуточной прокладки при температуре

0,5 — 0,8 Тпл более легкоплавкого слоя прокладки.

В частности случае свариваемые поверхности предварительно обрабатывают на корпус с углом 3 — 15 .

Цилиндрическую или коническую соединяемую поверхность керамической детали шлифуют. Изготавливают обечайку из мате2о риала промежуточной прокладки или первого слоя промежуточной многослойной прокладки. Внутренний диаметр обечайки изготавливают на 0,05 — 0,6 мм меньше наружного диаметра керамики.

996143

IÎ

ЭО

4О

В случае, если соединение производят по конической поверхности, свариваемые поверхности предварительно обрабатывают на конус с углом 3 — 15 .

Обезжиривают соединяемые поверхности материалов.

Детали устанавливают в камеру печи с безокислительной атмосферой, например, вакуумной печи, нагревают и сдавливают

При сдавливании производят посадку керамической детали в металлическую обечайку из материала промежуточной прокладки.

Далее производят охлаждение со скоростью

6 — 15 град/мин. Осуществляют отжиг с изотермической выдержкой при температуре, обеспечивающей радиальные усилия, необходимые для диффузионной сварки металла с керамикой. Затем производят охлаждение до температуры 310 К. Извлекают керамическую деталь с соединенной металлической обечайкой. Обрабатывают металлическую обечайку до толщины промежуточной прокладки. Далее производят посадку с термическим натягом керамической детали с промежуточной прокладкой в металлическую деталь при нагревании.

В случае применения многослойной промежуточной прокладки операции повторяют> при этом каждый последующий слой устанавливают с натягом на предыдущий, а отжиг в процессе охлаждения осуществляют после установки каждого слоя промежуточной прокладки при 0,5 —,-0,8 Тпдболее легкоплавкого слоя прокладки.

Высокий отжиг 0,5 — 0,8 от температуры плавления более легкоплавкого металла необходим с целью снятия наклепа металлических прокладок. Для металла с более высокой температурой плавления это может быть низкотемпературным отжигом.

Нижний предел конусности является минимальным значением, при котором проявляется эффективность конусного соединения по сравнению с соединением по цилиндрической поверхности. Выше 15 конусность не следует брать, так как термонатяг в этом случае не эффективен. Возможно частичное раскрытие конусного соединения после проведения процесса.

Повышение вакуумной плотности при

700 †11 К достигают за счет того, что промежуточную прокладку устанавливают с натягом на керамическую деталь. При нагревании металлическая деталь и промежуточная прокладка расширяются в большей степени, чем керамика. Однако, за счет термического натяга не происходит нарушения вакуумной плотности в контакте керамики с промежуточной прокладкой. Вместе с этим при изготавливании металлической детали из материала с коэффициентом теплового линейного расширения меньшим, чем коэффициент теплового линейного расширения материала промежуточной прокладки и обеспечении дополнительного термического натяга металлической детали относительно промежуточной прокладки, в процессе нагревания полученного соеди нения появляются дополнительные усилия, не допускающие нарушения вакуумной плотности.

Аналогично ведут себя соединения, полученные при использовании многослойной промежуточной прокладки.

При нагревании каждый предыдущий слой промежуточной прокладки со стороны керамики расширяется больше, чем последующий, так что в конечном счете компенсируется разница В коэффициентах теплового линейного расширения керамики и соединяемого металла.

Благодаря отжигу в процессе охлаждения каждого слоя промежуточной прокладки при 0,5 — 0,8 Тд более легкоплавкого слоя прокладки, а также конусности 3 — 15 снижаются остаточные напряжения в зоне соединения, что также способствует повышению вакуумной плотности качества соединения.

Пример 1. Соединяли трубки И 10 мм из керамики УФ вЂ” 46 со сталью 12X18HIOT.

Соединяемую поверхность керамической трубки шлифованием предварительно обрабатывают на конус с углом 7 . Очищают поверхность керамики в ультразвуковой ванне, заполненной щелочным раствором. Наносят на коническую поверхность керамики медное покрытие толщиной 4 мкм резистивным напылением. Изготавливают обечайку из меди с внутренней конической поверхностью с углом конусности 7 . Устанавливают детали в камеру вакуумной печи, нагревают в вакууме 1,3 — 10 Па до 1073 К и производят соединение по коническим поверхносям. Охлаждают соединение до 973 К, осуществляют изотермическую выдержку в течение 15 мин и охлаждают со скоростью

8 град/мин до 303 К.

Развакуумируют камеру вакуумной печи и извлекают керамическую деталь с соединенной обечайкой из меди. Стачивают медную обечайку до толщины 0,2 мм (фиг. 2).

Изготавливают деталь из стали

12Х18Н10Т с внутренней конической поверхностью с углом конусности 7 . Устанавливают детали в вакуумную печь, нагревают до

1130 К в вакууме 1,3.10 Па, и производят соединение керамической детали с промежуточной медной прокладкой по конической поверхности с деталью из стали 12Х18Н10Т.

Охлаждают до 1050 К, делают изотермическую выдержку в течение 20 мин и охлаждают соединение со скоростью 10 град/мин до 303 К. Развакуумируют камеру вакуумной печи и извлекают соединенные детали.

Проведенные лабораторные испытания показали, что полученные соединения вакуумноплотны при нагревании до 700 К. По известному способу такие соединения вакуумноплотны до 523 К.

996143

Формула изобретения

Составитель В. Петросян

Редактор М. Товтин Техред И. Верес Корректор И. Шулла

Заказ 798/22 Тираж П 04 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 1 3035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Пример 2. Соединяют трубки из керамики А 995 диаметром 15 мм со сталью

12Х18Н10Т через многослойную промежуточную прокладку медь — ниобий — медь.

Шлифуют внешнюю цилиндрическую поверхность керамической детали. Обезжиривают поверхность ацетоном, и обезвоживают этиловым спиртом. Изготавливают обечайку из меди MI с внутренним диаметром, меньшим внутреннего диаметра керамической детали на 0,25 мм. Устанавливают детали в камеру вакуумной печи.

Нагревают керамическую деталь и медную обечайку в вакууме 1,3 Па до 1150 К, и производят соединение цилиндрической части керамической детали с медной обечайкой и охлаждают со скоростью

10 град/мин до 303 К. Извлекают детали из вакуумной печи. Стачивают медную обечайку до толщины 0,3 мм. Изготавливают обечайку из ниобия с внутренний диаметром, меньшим внешнего диаметра приваренного слоя меди на 0,05 мм.

Нагревают детали в вакуумной печи до

1150 К и производят соединение плакированной медью керамической детали по цилиндрической поверхности с обечайкой из ниобия и охлаждают до 303 К. Стачивают ниобиевую обечайку до толщины 0,15 мм.

Далее операции нагревания повторяют и производят последовательно формирования слоя меди многослойной промежуточной прокладки. Толщина слоя меди 0,2 мм, термический натяг 0,1 мм. Затем керамическую деталь с установленной промежуточной прокладкой соединяли со стальной деталью с термическим натягом.

Проведенные лабораторные испытания показывают, что полученные соединения вакуумноплотны при нагревании до 1120 К

По известному способу соединения вакуумноплотны до 650 К.

Пример 8. Соединяют трубку из керамики М7 диаметром 100 мм с никелевой деталью. Соединяемую цилиндрическую поверхность керамической детали шлифуют, очищают и обезвоживают. Наносят химическое покрытие меди толщиной 5 мкм на соединяемую поверхность керамики и гальваническим методом наращивают толщину меди до 0,3 мм. Вжигают покрытие меди на керамике при 1073 К. Изготавливают медную обечайку с внутренним диаметром, меньшим внешнего диаметра керамической детали на 0,6 мм..

Устанавливают керамическую деталь и обечайку из меди в водородную печь, нагревают до 1130 К и производят соединение керамической детали с медной обечайкой.

Охлаждают детали со скоростью 6 град/мин до 1050 К, делают изотермическую выдержку в течение 25 мин. Далее охлаждают детали. со скоростью 6 град/мин до 303 К. Извлекают сваренные детали. Стачивают медную обечайку до толщины 0,5 мм. Изготавливают деталь из никеля с цилиндрическим участком поверхности, имеющим внутренний диаметр, меньший внешнего диаметра медной прослойки на керамике на 0,35 мм.

Помещают детали в водородную печь и нагревают до 1150 К. Производят соединение керамической детали медной прослойкой с деталью из никеля. Охлаждейие со ско-, ростью 6 град/мин до 1033 К и делают изотермическую выдержку в течение 30 мин.

Далее охлаждают соединенные детали до

15 303 .

Проведенные лабораторные испытания показывают, что полученные соединения вакуумноплотны при нагревании до 900 К.

Использование изобретения позволяет

20 повысить качество соединения керамики с металлами путем повышения вакуумной плотности при температуре эксплуатации

700 — I 120 К.

I. Способ диффузионной сварки цилиндрических деталей из металла и керамики через промежуточную прокладку с последующим охлаждением с промежуточными отжимами, отличающийся тем, что, с целью повышения вакуумной плотности при температуре 700 — 1120 Ê, промежуточную п рокладку устанавливают с термическим натягом на керамическую деталь.

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что используют многослойную прокладку, при этом каждый последующий слой устанавливают с натягом на предыдущий.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что отжиг в процессе охлаждения осу40 ществляют после установки каждого слоя промежуточной прокладки при температуре

0,5 — 0,8 Тпл более легкоплавкого слоя прокладки.

4. Способ по и. 1, отличающийся тем, что свариваемые поверхности предваритель45 но обрабатывают на конус с углом 3 — 15 .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Конюшков Г. В. и др. Диффузионная сварка в электронике. М., «Энергия», 1974, 50 с- 105 — 1172. Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка материалов. М, «Металлургия», 1976, с. 249 †2 (прототип).