DE2731986A1

DE2731986A1 - Verfahren zum stoffschluessigen verbinden von werkstuecken

Info

Publication number: DE2731986A1
Application number: DE19772731986
Authority: DE
Inventors: Viktor Alekseevitsch Batschin; Nikolai Fedodovitsch P Kasakov; Herbert Dr Ing Mehlhorn
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1976-07-28
Filing date: 1977-07-15
Publication date: 1978-02-02
Also published as: DD126993A1

Description

Titel: Verfahren zun stoffschlüssigen Verbinden von
werkstücken Anwendungsgebiet der Erfindung: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum @toffschlüssigen Verbinden von Werkatucken bestehend aus mineralischen terk stoffen miteinander und das Verbinden von Werkstücken bestehend aus mineralischem Werkstoff mit Werkstücken bestehend aus flartmetall oder Stahlwerkstoff. Die so zu realisierende stoffschlüssige Verbindung basiert auf der Ausnutzung der Festkörperdiffusion. Derart miteinander verbundene Werkstücke werden insbesondere im Gerätebau zur flerstellung hochgenauer Meßgeräte verwendet, bei denen Temperatur-, Alterungs- und Verfornungseinflüsse weitestgehend ausgeschaltet werden sollen.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Bekanntlich werden im Gerätebau zur Herstellung von Form-und Maßverkö.rperungen sowie definierten funktionellen Eigenschaften Werkstücke aus geeigneten Metallen und Nichtmetallen teilweise stoffschlüssig miteinander verbunden. Diese Verbindungen müssen durch bekannte stoffschlüssige Fügeverfahren realisiert werden. Dabei treten unerwünschte Veränderungen in der Gefügestruktur der Werkstücke, Lageabweichungen der zu fügenden Teile zueinander, Mängel in der Alterungsbeständigkeit, der Klimabeständigkeit und der chemischen Beständigkeit auf.
Zudem erfolgt durch die bekannten stoffechlüssigen Fügeverfahren eine Begrenzung der stoffschlüssig zu verbindenden Werkstoffe und Werkstoffkombinationen. Bekannt sind stoffschlüssige Fügeverfahren, die etall-ichtmetall-Verbindungen und Nichtmetall-Nichtmetall-Verbindung wie Metall-Keramik-, Metall-Glas-, Glas-Glas sowie Keramik-Keramik-Verbindungen ermöglichen. Die Nachteile der Anwendung dieser bekannten stoffechlüssigen Fügeverfahren bestehen darin, daß teilweise erst Metallschichten auf die Nichtmetalle aufzubringen sind, um sie lötfähig zu machen, das die Technologie kompliziert und aufwendig ist und daß die erreichten Fügequalitäten begrenzt sind.
Es ist auch bekannt, metallische und nichtmetallische Werkstücke durch Diffusionsschweißen miteinander zu verbinden.
Ziel der Erfindung: Durch die Verwendung neuer Werkstoffe, insbesondere von Mineralien speziell in der Kombination Hartgestein-Ilartgestein, Hartgestein-Hartmetall und Hartgestein-Stahl sind die Abhängigkeit der Form- und Maßverkörperungen und die physikalisch begründeten Funktionseigenschaften stoffschlilasig verbundener Werkstücke von klimatischen, chemischen, mechanischen und Alterungs einflüssen weitestgehend zu reduzieren. Dabei werden die Vorteile des Diffusionsschweißverfahrens genutzt.
Wesen der Erfindung: Zur Erreichung des der Erfindung zu Grunde liegenden Zieles besteht die Aufgabe, ein technologisch durchführbares Verfahren zu entwickeln, das die Verbindung metallischer und hartmetallischer Werkstücke mit Mineralien mit Hilfe des I)iffusionsschweißverfahrens ermöglicht.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zu verbindenden Werkstücke auf eine Temperatur gebracht werden, die bis 80 % der Schmelztemperatur des Werketückes beträgt, das den niedrigeren Schmelzpunkt hat, daß die Werkstücke unter einem Druck verbunden werden, der so bemessen ist, daß sie keine bleibenden Verformungen erfahren, und daß in einem Arbeitsvakuum die Dauer der Druck- und Temperatureinwirkung so groß ist, daß sich in der Fügezone zwischen den Werkstücken durch die Pestkörperdiffusion eine gemeinsame Struktur ausreichericier Festigkeit ausbildet.
Zur Realisierung und Beschleunigung des Diffusions-Vorganges werden vorteilhaft geeignete Zwischenschichten oder Alitivierungsmethoden verwendet. Die Zwischenschichten ermöglichen die Aufnahme von Restspannungen. Bei legierten Werkstoffen liegt die Arbeitstemperatur maximal bei etwa 80 % der Temperatur des eutektischen Punktes.
Die erfindungsgemäße Verbindung der Werkstücke kann unter Vakuum oder unter Verwendung geeigneter gasförmiger Aktivierungsmedien insbesondere von Edelgasen, erfolgen.
Ausführungsbeispiele: Die Erfindung soll nachfolgend anhand von 3 Ausführungsbeispielen erläutert werden: 1. Verbindung von Mineral mit Mineral Als Mineral wird das Hartgestein Dolorit mit folgender Zusammensetzung verwendet: 50 ... 70 Si02 1,5 ... 5,2 % K20 12 ... 18 Vo Al203 0,05 ... 5,5 o/o Fe203 1 ... 12 ,0 FeO 0,2 ... 3,2 Ti02 1,3 ... 7,3 % CaO 0,03 ... 0,2 % MnO 0,25 ... 3,5 yO MgO 0,06 ... 0,4 °% P205 3 ... 4,2 % Na2O Ilach Ultraschallreinigung und Entfettung der Fügeflächen der Wekstücke, wobei die Entfettung mit Tetrachlorkohlcnstoff voroenommen wird sowie einem Vorwärmen auf 100 werden beide Werkstücke bei einer Arbeitstemperatur von 900 °C, einem Arbeitsdruck von 0,5 kp/mm² über eine Dauer von 25 min bei einem Arbeitsvakuum von 10 4 Torr zusammengefügt. Anschließend erfolgt aine Abkühlung der gefügten Werkstücke unter Vakuum bis auf 100 OC.
Das Anwärmen der Werkstücke erfolgt mit einem Temperaturgang von 7 - 9 °C/min, das Abkühlen mit 5 - 6 °C/min.
Als Zwischenschicht kann zwischen beiden flineralien ein Pulver verwendet werden das zu 34 % aus Cu und 66 V aus Ti besteht.
2. Verbindung von Mineral mit Jiartmetall: Als Mineral wird wieder das Hartgestein Dolorit und als Hartmetall ein Metall verwendet, daß 6 % Co und 94 % WC enthält. In einer anderen Zusammensetzung kann das lIartmetall 20 % Co und 80 % WC enthalten. Mineral und Nartmetall werden zusammengefügt unter Jlinzunahme einer komplexen Zwiselienschicht bestehend aus einer Nickelfolie von 0,04 mm Dicke und einer Kupferfolic von 0,02 mm Dicke. Die Arbeitotemperatur beträgt 900 OC, der Aubeitsruck 0,8 kg/mm² und die Dauer des Druckes beträgt 20 min. Das hrbeitsvakuum beträgt 10 4 Torr. Angewärmt werden die Werkstücke mit 6 - 9 °C/min und abgekühlt mit 5 - 7 00/min.
Erforderlich sind die vorherige Reinigung der Fügeflächen, das Entfetten sowie die Vorwärmuiig und Abkühlung des Werkstückverbundes unter Vakuum.
3. Verbindung von Mineral mit Stahl: Neben dem bereits genannten ilartgestein Dolorit wird Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,5 Vo, einem Mangangehalt von 1,5 %, einem Cr-Gehalt von 1 % und einem Vanadiumgehalt von 1 % verwendet.
Es kann auch Stahl mit 0,2 ß Kohlenstoff benutzt werden. Zum Abbau von Restspannungen wird eine Zwischenlage aus Blei von 0,2 mm Dicke verwendet. Außerdem wird die Mineraloberfläche vor dem Fügen metallisiert. Die Arbeitstemperatur beträgt in diesem Fall 310 °C, der Arbeitadruck 2,2 kp/mm² und die Fügedauer 20 min.

Claims

Erfindungsanspruch: 1. Verfahren zum stoffschlüseigen Verbioden von Werkstücken aus einem mineralischen Werkstoff, vorsugsweise Hartgestein, mit Werkstücken aus einem minerallschen oder metalllschen Werkstorff mittels Anwendung der Foetkörperdiffußion, gekennzeichnet dahirch, daß die zu verbindenden Werkstücke auf eine Temperatur gebracht werden, die bis 80 % der Schntßlztemperatur des Wer@stükkes beträgt, das den niedrigeren Schmelzpankt hat, daß die Wekstücke unter einem Dr@ck verbu@den werden, der so bemessen ist, du.; sie leine bleibende Verf@rmung erfahren, und daß in einem Arbeitsvakuum die Dauer der Druck- und Temperatureinwirkung so groß ist, daß sich in der Fügezone zwischen den Werkstücken durch die Testkörpordiffusion eine gemeinsume Zone ausreichender Aestigkeit ausbildet.
2. Verfahren nach Punkt 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen den Selden Werkstücken oine einfache oder komplexe Zwischenschicht aus einem @aterial eingefügt wird, die die Diffusion mit beiden Wjerkstücken ermölicht.