RU2000910C1 - Способ диффузионной сварки металла с керамикой - Google Patents
Способ диффузионной сварки металла с керамикойInfo
- Publication number
- RU2000910C1 RU2000910C1 SU5013801A RU2000910C1 RU 2000910 C1 RU2000910 C1 RU 2000910C1 SU 5013801 A SU5013801 A SU 5013801A RU 2000910 C1 RU2000910 C1 RU 2000910C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- temperature
- metal
- formation
- physical contact
- Prior art date
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Использование: изготовление вводов и оболочек электровакуумных приборов. Сущность изобретени , процесс сварки раздел етс на два этапа формирование физического контакта и собственно сварка, дл чего детали сдавливают и выдерживают при температуре ниже температуры сварки, после чего нагревают до температуры сварки, сдавливают и после выдержки охлаждают Полученное соединение обладает вакуумной плотностью и высокой механической прочностью 4 злф-лы, 1 табп, 1 ил
Description
Изобретение относитс к электронной промышленности и предназначено дл использовани в производстве вводов и оболочек электровакуумных приборов, а также может найти применение в различных обла- ст х промышленности, где необходимы прецизионные, герметичные соединени различных металлов и сплавов с вакуумноп- лотной корундовой керамикой.
Известен способ получени вакуумной- лотного соединени алюмини с корундовой керамикой, заключающийс в том, что между керамическими поверхност ми помещают алюминиевую проволоку определенного профил , нагревают 270-360°С а атмосфере гели или в вакууме 10 Па, затем соедин емые детали сдавливают усилием 20-150 МПа в течение 10-60 мин, после чего нагрев выключают.
Известен также способ получени сое- динени алюмини с корундовой керамикой , заключающийс , в том, что между керамическими поверхност ми помещают диск из алюмини толщиной 1 мм, нагревают соедин емые детали до 400-700°С и сдавливают усилием 100-200 Ма в течение 180 мин, после чего нагрев выключают.
В обоих известных решени х усилие сдавливани при температуре сварки значительно превышает предел текучести контак- тно-упрочненного материала (алюмини ), следствием чего вл етс больша степень остаточной деформации алюмини в пределах 50-95%, привод ща к невозможности получени прецизионных соединений а л ю- мини с керамикой. Также к существенным недостаткам указанных способов относитс относительно небольша механическа прочность получаемых соединений.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению вл етс способ диффузионной сварки алюминиевого сплава AM ц с вакуумноплот- ной корундовой керамикой ВК94-1. заклю- чающийс в том, что между образцами из керамики ВК94-1 помещают диск из сплава AM ц толщиной 0,3-0,45 мм диаметром 6 мм и собранную таким образом комбинацию элементов нагревают в вакууме - 6.65 Па до температуры сварки 540-620°С. сдавливают усилием 7,5-14 МПа и после выдержки 5-100 минут охлаждают (Сварочное производство. 1982. № 11, с.7- 8). Полученные таким образом однослойные (содержащие два торцовых соединени металла и керамики) образцы имели деформацию контактно-упрочненного материала после сварки не более 5% и прочность на раст жение 120-200 МПа.
На основании известного описанного выше способа разработан способ получени металло-керамических соединений (в частности, титано-керамических) через алюминиевую прокладку (Автоматическа сварка , 1985, с.59-61). Согласно данному способу собранную комбинацию элементов (керамика - алюминиева прокладка -титановый диск - алюминиева прокладка - керамика ) нагревают до температуры сварки 630 ± 10°С, сдавливают усилием 6 ± 1 МПа и выдерживают в течение 40 мин, после чего охлаждают. В этом случае алюминиева прокладка играет роль контактно-упрочн емого материала.
Наиболее близким к предлагаемыому изобретению вл етс способ получени ва- куумноплотных металло-керамических сое- динеыний, заключающийс в том, что соедин емые детали нагревают в вакууме до температуры сварки, сдавливают и после выдержки охлаждают.
При этом режимные характеристики (конкретные величины температуры, ус и- ли . остаточного давлени , времени выдержки ) определ ютс в каждом случае видом свариваемого и контактно-упрочненного материала, формой и размерами металлических элементов, составом примен емого оборудовани .
Например, оптимальна температура сварки алюмини или его термически неупрочн емых сплавов, а также при получении металло-керамических соединений через алюминиевую прокладку 600-630°С.
Недостатком известного способа вл етс низкое качество многослойных металло-керамических изделий, особенно при применении в составе одного издели металлических элементов из разнородных материалов , выражающеес в отсутствии вакуумной плотности и низкой механической прочности соединений (на уровне единиц МПа). Кроме того, известный способ не позвол ет получать прецизионные и герметичные металло-керамичекие издели с применением в качестве конструкционных металлов алюмини и его термически неупрочн емых сплавов системы алюминий - магний (АМг). нержавеющей стали, никили- евых сплавов (ковар. инвар), тантала, молибдена , циркони и других.
Все вышеперечисленные недостатки вл ютс следствием того, что максимально возможное давление, не привод щее к накоплению обьемной деформации металлических элементов при температуре сварки, недостаточно дл равномерного формировани полного физического контакта соедин емых поверхностей. Увеличение
давлени приводит к значительной деформации металлических элементов KDO- ме того, при температурах близких к температуре сварки, интенсивно протекают процессы окислени на соедин емых поверхност х в зависимости от состава остаточных газов в сварочной вакуумной камере (наиболее важно парциальное давление паров воды) и в некоторых случа х формирование физического контакта при температуре сварки становитс вообще невозможным , что приводит к резкому снижению процента выхода годных
Целью изобретени вл етс повышение качества (а именно вакуумной плотности и механической прочности) выхода годных многослойных и однослойных ме- талло-керамических изделий с применением в качестве конструкционных металлов алюмини и его термически неупрочн емых сплавов, титана, никел и его сплавов (ко- вар, инвар и другие) нержавеющей стали магни и его сплавов тантала, циркони молибдена и других
Способ заключаетс в том что соедин емые детали нагревают до температуры ниже температуры сварки в вакууме сдавливают и выдерживают при усилии обесп чиваю- щем формирование полного физ веского контакта по всем соедин емым пове-рхно- ст м, нагревают до температуры сварки, сдавливают и после выдержки охлаждают.
Особенностью способа вл етс гс что процесс осуществл етс в два этапа t- РЖДО- му из которых соответствуют свои режимы по температуре и усилию сдавливани что позвол ет осуществить принципиально но вую схему сварки, а именно сначала обеспечить формирование физического контакта, а затем произвести непосредственно сварку При этом принципиально важно что ка первом этапе (при формировании физического контакта) температура должна быть ниже температуры сварки что позвол ет повысить усилие сдавливани и обеспечить тем самым равномерное формирование физичг- ского контакта по всем свариваемым поверхност м , поскольку чем ниже температура. тем выше усилие, при котором достигаетс предел текучести
Таким образом увеличение усили сдавливани при температуре ниже температуры сварки обеспечивает в свою очередь равномерное формирование полного физического контакта по всем свариваемым поверхност м при минимальной деформации металлических элементов что особенно важно при сварке прецизионных многослойных металло-керамических конструкций . Кроме того при температурах ниже
температуры гьсцки суще- о Mt/ i нее протекают процессы нрьвсц шие к
yMthi iUCH .IO HdAKXHC 1 И фь 1ЧеСГО 0 iO i
такта (например окисление и поэтому фор 5 мирование физического контакта при температурах м- .емпературы сварка имеет следе шив дополнительное повышение качества сформированного физического контакта, что позвол ет повысить выход
0 годных изделий и уменьшить технологические потери упростить требовани к примен емому технологическому оборудованию (по предельному вакууму состару остаточных газов и прочему) Это особенно важно при
5 получении соединений циркони , молибдена тантала через алюминиевую прокладку так ак позвол ет избежать образовани итерматаллидоб и охрупчивани о зоне свэ, ки Сварка указанных материалов
0 с керам ой по известном/способ1. вообще не представл етс возможной
Критическа температура, при которой активизируютс процессы привод щие необратимой деградации спариваемых по5 геглностеп ле-кит в пределах 60-80% от температуры сварки Поэтому целесообразно в некоторых случа х проводить формиро- Паь ie физически чонтакт именно при jin г мтературох так как давление, необ0 -о -ЮР д-1 формирован,vi полис.о физическою контэк.о уменьшает- при росте температуры -по приводит к повышению тр ь .зпонности получаемых соединении гт ке упрощаетс конструкци силовой час5 н примен емого оборудовани и- оснастки
Таким образом температура, при кото- рею i ро зьод т формироь ние физического конгакта сдавливанием составл ет 60 30% от r Mnepaiypbt св&рки
0Н частности, при получении алюмо ер мических соединений можно мекгмендоG ;ть температуры в диапазоне 400-500°(,
что м i ниже температуры соарки
Иногда возникает н сб/одимость пол5 ч вь сокопрецизионнь х метэллов-ке- гам чески изделий что требует малых пт;чпь х деформаций киитактно-упроч- hiMto o металла Это особенно важно при изготовлении прсцизиочных ал омокерами0 ческих услов Поэтому в изобретении в не котооых частных случа х оказываетс пажи м то что формирование фиэичес1 tro контакте и сварка происход т вследствие пластических деформаций металлических
5 ементоь при усилии сдавливани , превы- ипющем предел текучести металла, при эгсм экспление объемной деформации ог- ран -чиеаетс известным процессом контактного упрочнени и /силие сдавливани дл еь сокопрецизионных элементов не должно
превышать значени , соответствующего 1 % остаточной деформации контактно-упрочненных металлических элементов (сами элементы , либо прокладки, через которые осуществл етс сварка, как правило - алюминиевые ).
Таким образом, при использовании изобретени дл получени высокопрецизионных соединений его можно дополнительно охарактеризовать следующими признаками: усилие сдавливани как при сварке, так и при формировании физического контакта превышает предел текучести, но при этом не превышает значени , соответствующего 1% остаточной деформации контактно-упрочненных металлических элементов при соответствующей температуре.
После формировани физического контакта усилие сдавливани может быть сн то , а может быть изменено и продолжать сдавливать детали в процессе нагрева до температуры сварки. При этом возможно изменение усили сдавливание по какому- либо закону в процессе роста температуры. При приложени сдавливающего усили в процессе нагрева от температуры формировани физического контакта до температуры сварки снижаетс суммарное среднее врем выдержки изделий на обоих этапах процесса, с 5-100 мин согласно известному способу до 5-30 мин, что позвол ет повысить производительность предлагаемого способа по сравнению с известными. Важно , чтобы дополнительно прилагаемые усили не приводили к накоплению деформации, поэтому прилагаемое усилие должно соответствовать упругому деформированию контактно-упрочненных металлических элементов.
В данном частном варианте решени предлагаемый способ характеризуетс дополнительно следующим признаком: при нагреве соедин емых деталей от температуры формировани физического контакта до температуры сварки соедин емы детали сдавливают усилием, соответствующим упругому деформированию металлических элементов.
В обычном режиме, с целью упрощени технологии, после формировани физического контакта при 60-80% от температуры сварки усилие уменьшаетс примерно на пор док, а затем вновь увеличиваетс при температуре сварки, остава сь в 3-4 раза меньше усили , прикладываемого дл обеспечени физического контакта.
Таким образом, техническое решение в частном случае дополнительно характеризуетс следующей совокупностью существенных признаков: при нагреве от температуры формировани физического контакта в пределах 60-80% температуры сварки до температуры сварки свариваемые элементы сдавливают с усилием, соответствующим 20-40% от сдавливающего усили при температуре сварки.
На чертеже представлено готовое ме- талло-керамическое изделие (элемент оболочки ).
Керамические элементы 1 сварены с
элементами из сплава АМц 2 и элементом из нержавеющей стали 3 через алюминиевые прокладки 4. В результате сварки контактное упрочнение испытывают элементы 2 и 4. ,, Суммарна деформаци оболочки не
превышает 2%. Непараллельность поверхностей А и В не превышает 0,1 мм. Выход годных при изготовлении оболочек по предлагаемому способу 95%.
Пример 1. Кольца из корундовой
керамики ВК94-1, имеющие наружный диаметр 13 мм и внутренний диаметр 9 мм, собирали под сварку с кольцами из технического алюмини АД1, имеющими наружный диаметр 13 мм, внутренний 9 мм и толщину
в зоне сварки 0.35 ± 0,05 мм (п тислойна оболочка). Собранный узел помещали в камеру установки дл диффузионной сварки и нагревали при остаточном давлении 6.65 Па до 490°С, при которой детали
сдавливали усилием 10 МПа в течение 5 мин, затем нагрузку уменьшала до 1,5 МПа и детали нагревали до 615°С. сдавливали усилием 4 МПа в течение 15 мин, после чего детали охлаждали. Деформаци металлических элементов фиксировалась в процессе сдавливани по индикатору с целью ограничени прилагаемой нагрузки на уровне 1 % остаточной деформации. По аналогичному режиму изготовлены оболочки, в которых в
качестве конструкционных материалов применены вакуумноплотна корундова керамика ВК100-2 и технический алюминий АД1. Пример 2. Собранные под сварку кольца из керамики ВК94-1 и сплава АМц
аналогично примеру 1 (п тислойна оболочка) помещали в камеру дл диффузионной сварки и нагревали при остаточном давлении 6,65 Па до 490°С. при которой детали сдавливали усилием 15 МПа в течение 15 мин,
после чего нагрузку уменьшали до 1,5 МПа и детали нагревали до 615°С. при которой детали сдавливали с усилием 1 МПа в течение 15 мин, после чего оболочка охлаждалась. Технические характеристики полученных металло-керамических соединений приведены в таблице.
(56) Журнал Сварочное производство, 1982. Ns 11,с,7-8.
200 циклов: погружение в жидкий азот 77 К - нагрев до 773 К.
Claims (5)
1. СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ МЕТАЛЛА С
КЕРАМИКОЙ, при котором соедин емые детали нагревают в вакууме до температуры сварки, сдавливают и после выдержки под давлением охлаждают, отличающийс тем, что детали предварительно сдавливают и выдерживают при температуре ниже температуры сварки усилием, обеспечиваю- щим формирование полного физического контакта по всем соедин емым поверхност м .
2.Способ по п.1, отличающийс тем, что температура формировани физического контакта равна 60 - 80% от температуры сварки.
3.Способ по пп.1 и 2, отличающийс тем, что усилие сдавливани при сварке и
при формировании физического контакта больше предела текучести, но не превышает значени , соответствующего 1% остаточнойдеформации контактно-упрочненного свариваемого металла при соответствующей температуре.
4.Способ по пп.1 - 3, отличающийс тем, что при нагреве деталей от температуры формировани физического контакта до
температуры сварки детали сдавливают усилием, соответствующим упругому деформированию контактно-упрочненного металла.
5.Способ по пп.2 - 4, отличающийс тем, что сдавливающее усилие в процессе нагрева составл ет 20 - 40% от сдавливающего усили при температуре сварки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5013801 RU2000910C1 (ru) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | Способ диффузионной сварки металла с керамикой |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5013801 RU2000910C1 (ru) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | Способ диффузионной сварки металла с керамикой |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000910C1 true RU2000910C1 (ru) | 1993-10-15 |
Family
ID=21590162
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5013801 RU2000910C1 (ru) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | Способ диффузионной сварки металла с керамикой |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2000910C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1092090C (zh) * | 1998-11-11 | 2002-10-09 | 中国科学院近代物理研究所 | 金属与非金属的真空压力扩散焊接工艺 |
RU2759276C1 (ru) * | 2021-01-11 | 2021-11-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ изготовления герметичного вакуумного электрического вводного узла в оболочке прибора |
-
1991
- 1991-11-27 RU SU5013801 patent/RU2000910C1/ru active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1092090C (zh) * | 1998-11-11 | 2002-10-09 | 中国科学院近代物理研究所 | 金属与非金属的真空压力扩散焊接工艺 |
RU2759276C1 (ru) * | 2021-01-11 | 2021-11-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ изготовления герметичного вакуумного электрического вводного узла в оболочке прибора |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4135286A (en) | Sputtering target fabrication method | |
US4838474A (en) | Method of diffusion bonding of aluminum or alumina ceramics | |
US4297779A (en) | Method of joining structural elements | |
US4167351A (en) | Metal-to-ceramic seals | |
RU2000910C1 (ru) | Способ диффузионной сварки металла с керамикой | |
CA2134622A1 (fr) | Procede de fabrication de pieces frittees conjuguees | |
JPH0797279A (ja) | 金属/セラミック複合材料の内部はんだ付け | |
GB2250941A (en) | Improvements in diffusion bonding | |
JPH087684A (ja) | セラミックの高圧絶縁体 | |
US4236661A (en) | Thermocompression methods of forming sodium-sulfur cell casings | |
JPH07190818A (ja) | サーメット電極を有するセラミック部品 | |
CA1225240A (en) | Method of increasing hermeticity of metal components of glass/metal and ceramic/metal seals | |
JP3371939B2 (ja) | 金属基複合材料及びその製法 | |
JPH01308884A (ja) | 材料接合方法および接合体 | |
FR2658753A1 (fr) | Dispositif de moulage en materiau composite pour le pressage a chaud de pieces en materiau refractaire. | |
JPH06264216A (ja) | メタルガスケット | |
SU1793996A3 (ru) | Способ изготовления биметаллических' корпусных деталей нефтегазопромыслового устьевого оборудования | |
SU556002A1 (ru) | Способ пайки изделий телескопического типа | |
SU1766884A1 (ru) | Способ диффузионного соединени корундовой керамики | |
RU1803447C (ru) | Сплав на основе меди с эффектом пам ти формы | |
JPH0210789B2 (ru) | ||
JPS5813488A (ja) | 金属クラツドセラミツクパイプの製造方法 | |
RU2222851C1 (ru) | Способ герметичной установки импульсной лампы накачки в твердотельном лазере | |
JP2769284B2 (ja) | ナトリウム−硫黄電池およびその陽極容器の製造方法 | |
US3355793A (en) | Method of making a refractory delivery apparatus and apparatus produced thereby |