RU2752820C1

RU2752820C1 - Method for diffusion welding of ceramic workpieces

Info

Publication number: RU2752820C1
Application number: RU2020132971A
Authority: RU
Inventors: Юрий Александрович Вашуков; Тарас Владимирович МАЛИНСКИЙ; Сергей Иванович МИКОЛУЦКИЙ; Владимир Ефимович Рогалин; Сергей Александрович Филин; Юрий Владиславович Хомич; Владимир Александрович Ямщиков
Priority date: 2020-10-07
Filing date: 2020-10-07
Publication date: 2021-08-06

Abstract

FIELD: ceramic item welding.SUBSTANCE: invention can be used for diffusion welding of complex ceramic products consisting of two or more nodes. Blind holes are performed on the welded surface of at least one of the welded ceramic blanks. An intermediate gasket made of metal more plastic than the material of the welded workpieces is placed in the area of their contact. Pre-perforation of the intermediate gasket with a laser beam is carried out to obtain through micro-holes with a given distance between them. Welding of workpieces is carried out in a vacuum. Blind holes on the welded surface of ceramic workpieces are obtained by melting and moving and/or vaporizing the material under the action of a laser beam of a pulsed high-performance laser in each of its positions on the contact ceramic surface.EFFECT: increased strength of the welded joint while reducing the time, pressure and temperature of the diffusion welding process.13 cl, 5 dwg, 2 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится к области лазерной техники, металлургии, приборо- и машиностроения, в частности, к оптическим и сварочным технологиям, а именно: к способам подготовки металла обработкой лучом лазера для сварки с керамикой, и может найти применение в разных секторах авиационно-космической, металлургической, атомной и других отраслях промышленности, например, при подготовке металла для диффузионной сварки с керамикой и к сборке с помощью диффузионной сварки сложных керамических изделий, состоящих из двух и более узлов.The proposed invention relates to the field of laser technology, metallurgy, instrument and mechanical engineering, in particular, to optical and welding technologies, namely: to methods of metal preparation by processing a laser beam for welding with ceramics, and can be used in different sectors of the aerospace, metallurgical, nuclear and other industries, for example, in the preparation of metal for diffusion welding with ceramics and for assembly using diffusion welding of complex ceramic products consisting of two or more units.

Керамику изготовляют из необработанных натуральных поликристаллических, полифазных [1] или синтетических материалов типа фриттованной окиси алюминия, кварца, алюмосиликатных или магний-силикатных композитов (кордерит, муллит, стеатит) и более широко встречающихся оксинитридов, сиалона, карбидов и др. Предпочтительными основами этих материалов являются короткие монокристаллические волокна, рассредоточенные внутри органической, металлической или керамической матрицы, а также металлические карбидные нитевидные кристаллы, неорганические кристаллы типа карбида кремния (SiC) или нитрида кремния (Si₃N₄). Эти материалы могут формоваться посредством сухого прессования, термопластического плавления, ленточного литья и т.п.Ceramics are made from raw natural polycrystalline, polyphase [1] or synthetic materials such as fritted alumina, quartz, aluminosilicate or magnesium-silicate composites (corderite, mullite, steatite) and more common oxynitrides, sialon, carbides, etc. Preferred bases for these materials are short single-crystal fibers dispersed within an organic, metal or ceramic matrix, as well as metal carbide whiskers, inorganic crystals such as silicon carbide (SiC) or silicon nitride (Si ₃ N ₄ ). These materials can be formed by dry pressing, thermoplastic melting, strip casting, and the like.

Такие уникальные свойства, как высокая прочность, твердость, износостойкость, устойчивость к воздействиям агрессивных сред, обусловили довольно большую востребованность, например, керамики из Si₃N₄ в авиационно-космической, металлургической, атомной и других отраслях промышленности [2]. Вследствие высокой твердости этой керамики изготовление деталей сложной формы из нитрида кремния механической обработкой затруднительно, поэтому, часто, для изготовления деталей сложной формы используют соединения из заготовок простой формы с помощью диффузионной сварки [3-5].Such unique properties as high strength, hardness, wear resistance, resistance to the effects of corrosive media, have led to a rather high demand, for example, ceramics made of Si ₃ N ₄ in the aerospace, metallurgical, nuclear and other industries [2]. Due to the high hardness of this ceramic, the manufacture of parts of complex shape from silicon nitride by mechanical processing is difficult, therefore, often, for the manufacture of parts of complex shape, joints are used from blanks of simple shape using diffusion welding [3-5].

Известен способ соединения керамики из пиролитического нитрида бора с помощью активного покрытия на основе титана, циркония или их гидридов, включающий нанесение на охватывающую поверхность нитрида бора активного покрытия, сборку узла и его пайку с помощью твердых припоев в вакууме или инертном газе [6].A known method of joining ceramics from pyrolytic boron nitride using an active coating based on titanium, zirconium or their hydrides, including applying an active coating to the covering surface of boron nitride, assembling the assembly and soldering it using solid solders in a vacuum or inert gas [6].

Недостатком данного технического решения является то, что этот способ очень критичен к степени очистки инертного газа или к снижению вакуума в процессе пайки. При незначительном отклонении от установленных норм наблюдается подкисление активного покрытия, что приводит к несмачиванию припоем бора и, соответственно, непропаю.The disadvantage of this technical solution is that this method is very critical to the degree of purification of an inert gas or to a decrease in vacuum during the soldering process. With a slight deviation from the established norms, acidification of the active coating is observed, which leads to non-wetting with boron solder and, accordingly, non-dissipation.

В процессе пайки по этому способу расплавленный припой стекает по манжете, одновременно взаимодействуя с активным покрытием, при этом в первый период пайки между манжетой и нитридом бора образуется зазор, не заполненный припоем. Затем припой, обогащенный активным металлом, начинает смачивать поверхность нитрида бора и поднимается в зазоре между соединяемыми поверхностями, образуя паяный шов. При незначительном увеличении зазора между соединяемыми поверхностями за счет снижения класса точности изготовления деталей процесс образования паяного шва по всему периметру затягивается, что снижает качество получаемого соединения. При этом, как и в указанном ранее способе, возможны натеки припоя на торцевую поверхность нитрида бора.In the process of soldering by this method, the molten solder flows down the collar, simultaneously interacting with the active coating, while in the first period of soldering between the collar and boron nitride a gap is formed that is not filled with solder. Then the solder enriched with active metal begins to wet the boron nitride surface and rises in the gap between the surfaces to be joined, forming a brazed seam. With a slight increase in the gap between the surfaces to be joined due to a decrease in the accuracy class of parts manufacturing, the process of forming a soldered seam around the entire perimeter is tightened, which reduces the quality of the resulting joint. In this case, as in the previously mentioned method, solder drips onto the end surface of boron nitride are possible.

Кроме того, при сборке таких соединений возможно скалывание активного покрытия при соприкосновении его с внутренней поверхностью манжеты, в которую вставляется нитрид бора. В результате затрудняется смачивание поверхности нитрида бора припоем в месте скола покрытия, что приводит к непропаю.In addition, when assembling such joints, it is possible for the active coating to chip off when it comes into contact with the inner surface of the cuff, into which boron nitride is inserted. As a result, it becomes difficult to wet the boron nitride surface with solder at the point of the coating cleavage, which leads to non-disappearance.

Целесообразность и преимущества использования способа диффузионной сварки в вакууме при изготовлении разнородных материалов в твердой фазе, в частности, металл-керамических узлов, например, в электронной и радиотехнической промышленности, достаточно широко известны [7, 8]. Однако широта и объемы использования данного способа часто ограничиваются вследствие значительной длительности и сложности процесса образования соединения и относительно невысоких значений прочности и трещиностойкости соединений, эксплуатируемых в более жестких условиях. Сложность процесса сварки керамик с металлами обусловливается резким несоответствием физико-химических и механических свойств керамики и металлов. Это несоответствие накладывает существенное ограничение на совместную пластическую деформацию, активацию контактируемых поверхностей соединяемых материалов и соответственно на кинетику процесса образования соединения. Значительная разница коэффициентов термического расширения керамики и металла обусловливает возникновение в сварном соединении остаточных напряжений, которые могут вызывать разрушение соединения в послесварочный период или резко снижать эксплуатационную надежность. В этой связи проблема интенсификации процесса образования соединения и повышения прочностных характеристик сварных металл-керамических соединений остается актуальной.The expediency and advantages of using the method of diffusion welding in vacuum in the manufacture of dissimilar materials in the solid phase, in particular, metal-ceramic assemblies, for example, in the electronic and radio engineering industries, are widely known [7, 8]. However, the breadth and scope of this method is often limited due to the considerable duration and complexity of the joint formation process and the relatively low values of strength and crack resistance of joints operated under more severe conditions. The complexity of the process of welding ceramics with metals is caused by a sharp discrepancy between the physicochemical and mechanical properties of ceramics and metals. This discrepancy imposes a significant restriction on joint plastic deformation, activation of the contacting surfaces of the materials to be joined, and, accordingly, on the kinetics of the bonding process. A significant difference in the coefficients of thermal expansion of ceramics and metal leads to the appearance of residual stresses in the welded joint, which can cause the destruction of the joint in the post-welding period or sharply reduce the operational reliability. In this regard, the problem of intensifying the process of joint formation and increasing the strength characteristics of welded metal-ceramic joints remains urgent.

Наиболее близким к заявляемому способу по своей технической сути (прототипом) является способ диффузионной сварки керамики с керамикой, включающий выполнение глухих цилиндрических отверстий на свариваемой поверхности, по крайней мере, одной из свариваемых керамических заготовок, размещения в зоне контакта свариваемых заготовок промежуточной прокладки из металла более пластичного, чем материал свариваемых заготовок, и сварку заготовок в вакууме [9].The closest to the claimed method in its technical essence (prototype) is a method of diffusion welding of ceramics with ceramics, including making blind cylindrical holes on the surface to be welded, at least one of the ceramic blanks to be welded, placing an intermediate spacer made of metal in the contact zone of the blanks to be welded more plastic than the material of the workpieces being welded, and welding of workpieces in vacuum [9].

В работе [10] показано, что с увеличением коэффициента перфорации К степень деформации прокладок и скорость их пластической деформации существенно возрастают, в частности, степень деформации в первые минуты диффузионной сварки достигает 28-50% в зависимости от коэффициента К.It was shown in [10] that with an increase in the perforation coefficient K, the degree of deformation of the gaskets and the rate of their plastic deformation increase significantly, in particular, the degree of deformation in the first minutes of diffusion welding reaches 28-50% depending on the coefficient K.

Недостатком же данного технического решения является то, что в известном способе повышение коэффициента перфорации К ограничено, что связано со значительными технологическими трудностями и затратами времени.The disadvantage of this technical solution is that in the known method, the increase in the perforation coefficient K is limited, which is associated with significant technological difficulties and time consuming.

Новым достигаемым техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение прочности сварного металлокерамического соединения при снижении времени, давления и температуры процесса диффузионной сварки.The new achieved technical result of the proposed invention is to increase the strength of the sintered metal joint while reducing the time, pressure and temperature of the diffusion welding process.

Новый технический результат достигается тем, что в способе диффузионной сварки заготовок из керамики, включающий выполнение глухих отверстий на свариваемой поверхности, по крайней мере, одной из свариваемых керамических заготовок, размещение в зоне их контакта промежуточной прокладки из металла более пластичного, чем материал свариваемых заготовок, и сварку заготовок в вакууме, в отличие от прототипа, перед диффузионной сваркой дополнительно осуществляют перфорацию промежуточной прокладки лазерным лучом с получением сквозных микроотверстий с заданным расстоянием между ними, а глухие отверстия на свариваемой поверхности по крайней мере одной из свариваемых керамических заготовок получают путем плавления и перемещения и/или испарения материала под действием лазерного луча импульсного высокопроизводительного лазера в каждом его положении на упомянутой контактной керамической поверхности.A new technical result is achieved by the fact that in the method of diffusion welding of ceramic blanks, including making blind holes on the surface to be welded, at least one of the ceramic blanks to be welded, placing in the contact zone of an intermediate spacer made of metal more ductile than the material of the blanks being welded, and welding of workpieces in vacuum, in contrast to the prototype, before diffusion welding, the intermediate spacer is additionally perforated with a laser beam to obtain through micro-holes with a given distance between them, and blind holes on the surface to be welded at least one of the ceramic workpieces to be welded are obtained by melting and moving and / or vaporization of the material under the action of a laser beam of a pulsed high-performance laser at each position on said ceramic contact surface.

Лазерный луч могут перемещать относительно контактной керамической поверхности и поверхности промежуточной металлической прокладки по предварительно заданной траектории непрерывно или дискретными шагами со временем пребывания в каждом положении, достаточным для создания отверстий необходимых габаритов.The laser beam can be moved relative to the ceramic contact surface and the surface of the intermediate metal spacer along a predetermined path, continuously or in discrete steps with a residence time in each position sufficient to create holes of the required dimensions.

Могут осуществлять перемещение лазерного луча относительно неподвижной обрабатываемой поверхности керамической заготовки или металлической прокладки, или осуществляют перемещение упомянутой поверхности относительно неподвижного лазерного луча, или осуществляют перемещение лазерного луча и упомянутой поверхности относительно друг друга.They can move the laser beam relative to the stationary machined surface of the ceramic workpiece or metal spacer, or move the said surface relative to the stationary laser beam, or move the laser beam and said surface relative to each other.

Могут использовать твердотельный Nd:YaG-лазер, или эксимерный ArF-лазер, или волноводный лазер.Solid state Nd: YaG laser or excimer ArF laser or waveguide laser can be used.

В качестве материала промежуточной прокладки могут использовать Al, или Cu, или Ni, или Ti, или Ag, или их сплавы.Al, or Cu, or Ni, or Ti, or Ag, or their alloys can be used as the material of the intermediate spacer.

Могут осуществлять управляемое перемещение лазерного луча дискретными шагами с помощью компьютерной программы.They can carry out controlled movement of the laser beam in discrete steps using a computer program.

Перемещение лазерного луча относительно контактной керамической поверхности и поверхности промежуточной металлической прокладки обрабатываемой дискретными шагами могут осуществлять управляемым, заранее заданным образом.The movement of the laser beam relative to the contact ceramic surface and the surface of the intermediate metal spacer processed in discrete steps can be carried out in a controlled, predetermined manner.

Перед сваркой заготовки могут помещать в сменный вкладыш, обеспечивающий возможность закрепления в нем заготовок разного размера и регулирования по высоте положение стыка свариваемых заготовок относительно источника нагрева.Before welding, the workpieces can be placed in a replaceable insert, which makes it possible to fix workpieces of different sizes in it and adjust the height of the position of the joint of the workpieces to be welded relative to the heating source.

В процессе диффузионной сварки могут поддерживать заданную температуру сварки.In the process of diffusion welding, the preset welding temperature can be maintained.

Диффузионную сварку могут осуществлять при деформировании перфорированной промежуточной металлической прокладки в режиме «давление плюс сдвиг».Diffusion welding can be carried out by deformation of the perforated intermediate metal spacer in the "pressure plus shear" mode.

Могут осуществлять одновременно диффузионную сварку нескольких керамических заготовок.Can simultaneously perform diffusion welding of several ceramic workpieces.

Все отверстия могут иметь одинаковый размер.All holes can be the same size.

При формировании отверстий могут изменять фокусировку лазерного луча. Формирование отверстий лазерным лучом могут осуществлять в инертном газе. Способ диффузионной сварки заготовок из керамики реализуют следующим образом.When the holes are formed, the focus of the laser beam can be altered. The formation of holes with a laser beam can be carried out in an inert gas. The method of diffusion welding of ceramic blanks is implemented as follows.

Пример 1. Для сварки используют заготовки керамики, например, из нитрида кремния (Si₃N₄) цилиндрической формы высотой 10 мм и диаметром 15 мм. Торцевые поверхности образцов отшлифовывают. В качестве металла промежуточной прокладки могут использовать Al, или Cu, или Ni, или Ti, или Ag, или их сплавы, или другие металлы, более пластичные, чем материал свариваемых заготовок.Example 1. For welding use ceramic blanks, for example, silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) cylindrical shape 10 mm in height and 15 mm in diameter. The end surfaces of the samples are ground. Al, or Cu, or Ni, or Ti, or Ag, or their alloys, or other metals that are more ductile than the material of the workpieces to be welded, can be used as the metal of the intermediate spacer.

Были исследованы две группы сварного соединения. В первой группе в качестве промежуточной прокладки используют, например, медную фольгу марки M1 толщиной 100 мкм, перфорацию которой производят с помощью излучения Nd:YAG-лазера, генерирующего третью гармонику с длиной волны 355 нм. Лазерный луч перемещают относительно контактной керамической поверхности и/или поверхности промежуточной металлической прокладки по предварительно заданной в зависимости от формы и свойств обрабатываемой металлической прокладки траектории непрерывно или дискретными шагами со временем пребывания в каждом положении, достаточным для создания отверстий необходимых габаритов, например, со временем пребывания 1,5 с и перехода между положениями, например, 125 мкм.Two groups of welded joints were investigated. In the first group, for example, copper foil of the M1 grade with a thickness of 100 μm is used as an intermediate spacer, the perforation of which is performed using the radiation of a Nd: YAG laser generating the third harmonic with a wavelength of 355 nm. The laser beam is moved relative to the contact ceramic surface and / or the surface of the intermediate metal spacer along a predetermined path, depending on the shape and properties of the metal spacer being processed, continuously or in discrete steps with a residence time in each position sufficient to create holes of the required dimensions, for example, with a residence time 1.5 s and transition between positions, for example, 125 μm.

При этом луч сфокусирован на поверхности металлической прокладки и имеет диаметр пятна облучения D, и при смене направления движения смещается на расстояние b. При выходной энергии 3 мДж, длительности импульсов 10 нс и частоте следования импульсов 100 Гц лазерным лучом обрабатывают соответствующие медные фольги, формируя в них отверстия диаметром около 30 мкм с точно рассчитанным расстоянием F между отверстиями, например, 125 мкм (фиг. 1). Величина F может варьироваться в зависимости от параметров технологического процесса перфорации заготовки лазерным лучом. В примере 1 F=125 мкм.In this case, the beam is focused on the surface of the metal spacer and has a diameter of the irradiation spot D, and when the direction of movement is changed it is shifted by a distance b. With an output energy of 3 mJ, a pulse duration of 10 ns and a pulse repetition rate of 100 Hz, the corresponding copper foils are treated with a laser beam, forming holes with a diameter of about 30 μm with a precisely calculated distance F between the holes, for example, 125 μm (Fig. 1). The value of F can vary depending on the parameters of the technological process of perforating the workpiece with a laser beam. In example 1, F = 125 μm.

Во второй группе в качестве промежуточной прокладки также используют соответствующим образом перфорированную медную фольгу и дополнительно на подготавливаемых к сварке керамических поверхностях лазерным лучом по прямоугольной сетке (8 мм x 8 мм) и с шагом 1 мм проделывают глухие отверстия диаметром 0,1 мм и глубиной 2 мм.In the second group, appropriately perforated copper foil is also used as an intermediate spacer and, in addition, blind holes with a diameter of 0.1 mm and a depth of 2 are made on the ceramic surfaces prepared for welding with a laser beam along a rectangular mesh (8 mm x 8 mm) and with a step of 1 mm. mm.

Перфорирование промежуточных металлических прокладок может быть достигнуто разными способами, однако лазерный метод наиболее подходит для решения этой задачи, поскольку позволяет с высокой производительностью создавать отверстия, заданного минимального размера с точно заданными расстояниями между ними [11]. Размер отверстий и расстояние между ними рассчитывают на компьютере. Производительность формирования отверстий лазерным лучом в металлической прокладке и в керамических поверхностях зависит от частоты следования импульсов лазерного излучения и скорости перемещения лазерного луча вдоль соответствующей поверхности. Диаметр, глубина и шаг отверстий зависят от диаметра лазерного пятна (лазерный луч, при необходимости, может фокусироваться), плотности энергии, длины волны излучения, параметров материала. Все отверстия могут иметь одинаковый размер и могут размещать в квадратном или плотноупакованном порядке. При формировании отверстий могут изменять фокусировку лазерного луча. Формирование отверстий лазерным лучом могут осуществлять в инертном газе, например, в аргоне или в гелии.Perforation of intermediate metal spacers can be achieved in different ways, however, the laser method is most suitable for solving this problem, since it allows high productivity to create holes of a given minimum size with precisely specified distances between them [11]. The size of the holes and the distance between them are calculated on the computer. The performance of laser hole-forming in metal spacers and ceramic surfaces depends on the laser pulse repetition rate and the speed of the laser beam along the corresponding surface. The diameter, depth and pitch of the holes depend on the diameter of the laser spot (the laser beam, if necessary, can be focused), energy density, radiation wavelength, material parameters. All holes can be the same size and can be placed in a square or close-packed order. When the holes are formed, the focus of the laser beam can be altered. The formation of holes with a laser beam can be carried out in an inert gas such as argon or helium.

Диффузионную сварку заготовок осуществляют на серийной установке промышленного назначения МДВ-301 94 (производства ООО «ЭЛМИКС», РФ). Схема установки для диффузионной сварки показана на фиг. 2. Сварочная камера установки в форме прямоугольного параллелепипеда имеет объем приблизительно 60 дм³; предельно достижимая степень вакуума в ней порядка 10^-3 Па. В конструкцию установки входит пневмоцилиндр, развивающий усилия до 5500 кН. В вакуумную камеру установки вмонтировано специально разработанное приспособление, обеспечивающее сборку свариваемых заготовок, регулировку их положения (по высоте) относительно источника нагрева в сварочной камере, а также сварку. Приспособление состоит из двух основных деталей: центрирующего фланца 1, установленного на нижнем подвижном штоке 2 вакуумной камеры, и вставленного в него вкладыша 3. Вкладыш 3 является сменным, благодаря чему в данном устройстве закрепляют образцы разных габаритных размеров и регулируют по высоте положение стыка свариваемых образцов 4 относительно индуктора 5.Diffusion welding of workpieces is carried out on a serial industrial installation MDV-301 94 (manufactured by ELMIKS LLC, RF). A schematic of the diffusion welding setup is shown in Fig. 2. The welding chamber of the installation in the form of a rectangular parallelepiped has a volume of approximately 60 dm ³ ; the maximum achievable degree of vacuum in it is of the order of 10 ^-3 Pa. The design of the unit includes a pneumatic cylinder that develops forces up to 5500 kN. A specially designed device is mounted in the vacuum chamber of the installation, which ensures the assembly of the workpieces to be welded, the adjustment of their position (in height) relative to the heating source in the welding chamber, as well as welding. The device consists of two main parts: a centering flange 1 installed on the lower movable rod 2 of the vacuum chamber, and an insert 3 inserted into it. Insert 3 is replaceable, due to which samples of different dimensions are fixed in this device and the position of the joint of the samples to be welded is adjusted in height. 4 relative to inductor 5.

Нагрев свариваемых заготовок производят с помощью токов высокой частоты (ТВЧ), вырабатываемых входящим в комплект установки генератором типа ЛЗ - 67 В (мощность 60 кВт; частота 66 кГц). Между индуктором 6 и керамическими заготовками размещают специальный экран из графита и молибдена, который при включенном генераторе ТВЧ нагревает соответствующие керамические заготовки.The workpieces to be welded are heated using high-frequency currents (HFC) generated by the LZ-67 V generator included in the installation kit (power 60 kW; frequency 66 kHz). A special screen made of graphite and molybdenum is placed between the inductor 6 and the ceramic blanks, which, when the HFC generator is turned on, heats the corresponding ceramic blanks.

Контроль термического цикла сварки и поддержание заданной температуры производят с помощью хромель-алюмелевой термопары 7 и потенциометра типа КСП-4. Спай термопары зачеканивают в предварительно просверленное в керамической заготовке отверстие на глубину 1,5-2,0 мм на расстоянии примерно 1 мм от плоскости стыка между свариваемыми керамическими заготовками. Потенциометр КСП-4, помимо выполнения контрольной функции, используют для поддержания температуры сварки на заданном уровне.The control of the thermal cycle of welding and maintenance of the set temperature is carried out using a chromel-alumel thermocouple 7 and a potentiometer of the KSP-4 type. The thermocouple junction is coined into a hole pre-drilled in the ceramic workpiece to a depth of 1.5-2.0 mm at a distance of about 1 mm from the plane of the joint between the ceramic workpieces to be welded. The KSP-4 potentiometer, in addition to performing a control function, is used to maintain the welding temperature at a given level.

Измерение степени вакуума в сварочной камере осуществляют с помощью вакуумных манометрических преобразователей типа ПМТ-2 и ПМИ-2 и вакуумметра типа ВИТ-2П. Для обеспечения контроля величины деформации заготовок в осевом направлении (осадка соединения заготовок) в процессе сварки в конструкцию установки введен индикатор 8-часового типа (фиг. 2).Measurement of the degree of vacuum in the welding chamber is carried out using vacuum manometric transducers of the PMT-2 and PMI-2 types and a VIT-2P vacuum gauge. To ensure control of the amount of deformation of the workpieces in the axial direction (upsetting of the workpiece connection) during welding, an 8-hour indicator is introduced into the design of the installation (Fig. 2).

Сварку проводят в вакууме порядка 10^-2 Па. Температуру сварки варьируют в диапазоне 900-1030°С, давление сжатия варьируют в диапазоне 8-20 МПа. Время сварки составляет 20 мин. При использовании перфорированных промежуточных металлических прокладок время выдержки под давлением сокращалось до 15 мин.Welding is carried out in a vacuum of the order of 10 ^-2 Pa. The welding temperature is varied in the range of 900-1030 ° C, the compression pressure is varied in the range of 8-20 MPa. The welding time is 20 minutes. By using perforated intermediate metal spacers, the pressure holding time was reduced to 15 minutes.

После сварки образцы подвергают механическим испытаниям на трехточечный изгиб. Устройство состоит из двух опор, соединяющей их перемычки и двух узлов (цангового зажима и удлинителя для закрепления испытываемого сварного образца). Также измеряют величины сдвиговых деформаций и определяют характер их распределения в перфорированной промежуточной металлической прокладке.After welding, the specimens are subjected to mechanical three-point bending tests. The device consists of two supports, connecting them with a jumper and two units (a collet clamp and an extension for fixing the tested welded specimen). The magnitudes of shear deformations are also measured and the nature of their distribution in the perforated intermediate metal gasket is determined.

Для сравнения прочностных характеристик и деформационной способности сварных соединений проводят экспериментальные исследования следующих групп соединений (керамика-медь-керамика): с перфорированными промежуточными медными прокладками - 1; с перфорированными промежуточными медными прокладками и с отверстиями на поверхности керамики - 2 (фиг. 3).To compare the strength characteristics and deformation capacity of welded joints, experimental studies of the following groups of joints (ceramics-copper-ceramics) are carried out: with perforated intermediate copper gaskets - 1; with perforated intermediate copper spacers and holes on the ceramic surface - 2 (Fig. 3).

При использовании перфорированных промежуточных медных прокладок прочностные характеристики составляют 77-82 МПа. Дополнительное нанесение отверстий на керамические поверхности увеличивает прочность сварного шва до 85-91 МПа. Степень деформации для второй и третьей групп образцов также увеличивается до 32% и 33%, соответственно.When using perforated intermediate copper gaskets, the strength characteristics are 77-82 MPa. Additional application of holes on ceramic surfaces increases the strength of the weld to 85-91 MPa. The degree of deformation for the second and third groups of samples also increases to 32% and 33%, respectively.

Известно [12], что наиболее благоприятные условия для активации поверхностей заготовок и их соединения образуются в зоне действия касательных напряжений и деформаций сдвига. Для оценки влияния деформаций на прочность и относительное удлинение сварных соединений проводят измерения распределения деформаций в соединениях с перфорированной промежуточной медной прокладкой с отверстиями с шагом 1,75 мм и радиусом 250 мкм (фиг. 4).It is known [12] that the most favorable conditions for the activation of the surfaces of the workpieces and their joints are formed in the zone of action of shear stresses and shear deformations. To assess the effect of deformations on the strength and elongation of welded joints, measurements are made of the distribution of deformations in joints with a perforated intermediate copper gasket with holes with a pitch of 1.75 mm and a radius of 250 μm (Fig. 4).

На фиг. 4 приведена зависимость распределения величины сдвиговых деформаций от расстояния до центра свариваемых заготовок для соединения с перфорированной промежуточной медной прокладкой. При использовании перфорированной промежуточной медной прокладки сварочный процесс ведут при меньшем давлении, чем предел прочности керамической заготовки.FIG. 4 shows the dependence of the distribution of the magnitude of shear deformations on the distance to the center of the workpieces to be welded for connection with a perforated intermediate copper gasket. When using a perforated intermediate copper strip, the welding process is carried out at a lower pressure than the ultimate strength of the ceramic workpiece.

На фиг. 5 для второй группы сварного соединения с лазерным нанесением перфорационных каналов на контактные поверхности керамических заготовок показана зависимость глубины заполнения каналов по радиусу от расстояния до центра свариваемых заготовок. Видно, что при давлении сварки 10 МПа неполное заполнение каналов наблюдается уже на расстояниях 2 мм от центра свариваемых заготовок. Увеличение давления до 15 МПа приводит к полному заполнению каналов по всей контактной поверхности, что означает повышение прочности сварного соединения свариваемых заготовок.FIG. 5 for the second group of a welded joint with laser deposition of perforation channels on the contact surfaces of ceramic workpieces, the dependence of the depth of filling the channels along the radius on the distance to the center of the workpieces to be welded is shown. It can be seen that at a welding pressure of 10 MPa, incomplete filling of the channels is observed already at a distance of 2 mm from the center of the workpieces being welded. An increase in pressure to 15 MPa leads to complete filling of the channels along the entire contact surface, which means an increase in the strength of the welded joint of the workpieces being welded.

Повышение механических свойств сварного соединения свариваемых заготовок при использовании перфорированных промежуточных металлических прокладок обусловлено изменением напряженно-деформированного состояния перфорированной промежуточной металлической прокладки и прилегающей к ней области. На характеристики сварного соединения разнородных материалов оказывают влияние остаточные напряжения рядом с границей «металл-керамика» в зоне соединения [13], а также изменение механических свойств керамической заготовки вблизи зоны соединения, в частности, появление микротрещин [14]. Поле остаточных напряжений в диффузионно-сварных соединениях разнородных материалов формируется вследствие различия физико-механических характеристик, в особенности коэффициента термического расширения. Величина и характер распределения остаточных напряжений зависят от геометрических факторов, типа соединения и параметров процесса сварки. При этом увеличение сварочного давления и времени воздействия на свариваемые материалы могут привести к нежелательным эффектам (образование микротрещин в керамической заготовке), снижающим качество сварного соединения свариваемых заготовок. Этим, в частности, объясняется отсутствие увеличения прочности сварного соединения свариваемых заготовок при увеличении времени процесса сварки более, чем на 30 мин.An increase in the mechanical properties of the welded joint of the workpieces being welded when using perforated intermediate metal spacers is due to a change in the stress-strain state of the perforated intermediate metal spacer and the area adjacent to it. The characteristics of a welded joint of dissimilar materials are influenced by residual stresses near the “metal-ceramic” interface in the joint zone [13], as well as changes in the mechanical properties of a ceramic workpiece near the joint zone, in particular, the appearance of microcracks [14]. The residual stress field in diffusion-welded joints of dissimilar materials is formed due to the difference in physical and mechanical characteristics, especially the coefficient of thermal expansion. The magnitude and nature of the distribution of residual stresses depend on geometric factors, the type of joint and the parameters of the welding process. At the same time, an increase in the welding pressure and the time of exposure to the materials to be welded can lead to undesirable effects (the formation of microcracks in the ceramic workpiece), which reduces the quality of the welded joint of the workpieces being welded. This, in particular, explains the absence of an increase in the strength of the welded joint of the workpieces being welded with an increase in the time of the welding process by more than 30 minutes.

Исследования влияния перфорированных промежуточных металлических прокладок на кинетику формирования физического контакта (металл - керамика) и прочностные характеристики полученных сварных соединений свариваемых заготовок показывают, что металл промежуточной прокладки подвержен деформации в режиме (давление плюс сдвиг) и деформируется с высокой скоростью (3,5×10^-2 мин^-1). Такое воздействие обусловлено напряженно-деформированным состоянием перфорированной прокладки в процессе ее деформации. В этом случае более значительные сдвиговые деформации возникают во всем объеме металла промежуточной прокладки и распределены более равномерно по контактной поверхности (фиг. 4).Studies of the influence of perforated intermediate metal spacers on the kinetics of the formation of physical contact (metal - ceramic) and the strength characteristics of the obtained welded joints of the welded workpieces show that the metal of the intermediate spacer is subject to deformation in the mode (pressure plus shear) and deforms at a high rate (3.5 × 10 ^-2 min ^-1 ). This effect is due to the stress-strain state of the perforated gasket during its deformation. In this case, more significant shear deformations occur in the entire volume of the metal of the intermediate spacer and are distributed more evenly over the contact surface (Fig. 4).

Выбранные размеры и шаг отверстий обеспечивают трансформацию перфорированной промежуточной металлической прокладки в процессе сварки в сплошную, что увеличивает прочность сварного соединения вследствие снижения послесварочных остаточных напряжений и контактного упрочнения пластичной промежуточной металлической прокладки. Перемещение лазерного луча могут осуществлять относительно неподвижной заготовки, или могут осуществлять перемещение заготовки относительно неподвижного лазерного луча, или могут осуществлять перемещение лазерного луча и неподвижной заготовки относительно друг друга. Данные варианты реализации получения отверстий на предназначенных для сваривания заготовках в других примерах обеспечивают получение не менее качественных результатов по формированию отверстий, чем в примере 1.The selected sizes and spacing of the holes ensure the transformation of the perforated intermediate metal spacer during welding into a solid one, which increases the strength of the welded joint due to the reduction of post-welding residual stresses and the contact hardening of the plastic intermediate metal spacer. The movement of the laser beam can be performed relative to the stationary workpiece, or the workpiece can be moved relative to the stationary laser beam, or the laser beam and the fixed workpiece can be moved relative to each other. These embodiments of obtaining holes on blanks intended for welding in other examples provide for obtaining no less high-quality results in the formation of holes than in example 1.

На основе анализа современных представлений о природе активных центров, их роли в образовании, в частности, металл-керамического соединения, механизмах активации свариваемых поверхностей высокая степень активации контактной поверхности промежуточной металлической прокладки может быть достигнута при его деформировании в режиме (давление плюс сдвиг). Согласно результатам последних достижений в области материаловедения в этом случае в кристаллической структуре металла возникают области атом-вакансионного состояния, характеризуемые высокой концентрацией дефектов (вакансий, дислокаций), и являющиеся источниками интенсивных потоков этих дефектов. Эти потоки существенно меняют поведение металла: повышается химическая активность, идут процессы аномально высоких скоростей химических реакций и массопереноса недиффузионной природы.Based on the analysis of modern ideas about the nature of active centers, their role in the formation, in particular, of a metal-ceramic compound, the mechanisms of activation of the surfaces to be welded, a high degree of activation of the contact surface of an intermediate metal gasket can be achieved when it is deformed in the (pressure plus shear) mode. According to the results of recent advances in the field of materials science, in this case, regions of the atom-vacancy state appear in the crystal structure of the metal, characterized by a high concentration of defects (vacancies, dislocations), and which are sources of intense fluxes of these defects. These flows significantly change the behavior of the metal: chemical activity increases, processes of abnormally high rates of chemical reactions and mass transfer of a non-diffusion nature take place.

Пример 2. Проведенные с помощью компьютерного моделирования исследования по влиянию относительной толщины и типа перфорированной промежуточной металлической прокладки, давления и температуры на величину и характер распределения по контактной площади сварки контактных нормальных, сдвиговых напряжений и деформаций, возникающих в промежуточной металлической прокладке на стадии формирования физического контакта в процессе диффузионной сварки керамической заготовки, изготовленной из вакуумплотной корундовой керамики марки ВК 94-1, через промежуточную прокладку из сплава алюминия АДОО, показывают, что перфорированные промежуточные металлические прокладки при перфорации керамической заготовки деформируются в режиме (давление плюс сдвиг) на всей контактной поверхности свариваемых заготовок при значительно меньших давлении и температуре (в процессе диффузионной сварки задают фиксированную температуру (600°С), давление; относительную толщину промежуточной металлической прокладки меняют) и одинаковой общей относительной толщине. При этом величина сдвиговых деформаций перфорированных промежуточных металлических прокладок при одинаковых давлениях возрастает более чем на 10%.Example 2. Conducted using computer simulation studies on the effect of the relative thickness and type of perforated intermediate metal spacer, pressure and temperature on the magnitude and nature of the distribution over the contact area of welding of contact normal, shear stresses and deformations arising in the intermediate metal spacer at the stage of formation of physical contact in the process of diffusion welding of a ceramic workpiece made of vacuum-tight corundum ceramics of VK 94-1 grade through an intermediate gasket made of ADOO aluminum alloy, it is shown that perforated intermediate metal gaskets during perforation of a ceramic workpiece are deformed in the mode (pressure plus shear) on the entire contact surface of the welded workpieces at significantly lower pressure and temperature (in the process of diffusion welding, a fixed temperature (600 ° C), pressure is set; the relative thickness of the intermediate metal spacer is changed) and the same new overall relative thickness. In this case, the magnitude of the shear deformations of the perforated intermediate metal spacers at the same pressures increases by more than 10%.

Поэтому в условиях диффузионной сварки области неравномерных атом-вакансионных состояний в свариваемых заготовках являются источниками аномально интенсивных потоков вакансий и дислокаций, обусловливающих большие скорости массопереноса в материале и повышенную химическую активность промежуточной металлической прокладки и ее взаимодействие с материалом свариваемой заготовки, что повышает скорость и полноту образования физического контакта, активизирует физико-химические процессы взаимодействия между соединяемыми заготовками за счет интенсивной деформации металла промежуточной прокладки.Therefore, under conditions of diffusion welding, the regions of non-uniform atom-vacancy states in the workpieces being welded are sources of abnormally intense flows of vacancies and dislocations, which cause high rates of mass transfer in the material and increased chemical activity of the intermediate metal spacer and its interaction with the material of the workpiece being welded, which increases the rate and completeness of formation physical contact, activates the physicochemical processes of interaction between the jointed workpieces due to the intense deformation of the metal of the intermediate gasket.

Наблюдаемое на фиг. 3 увеличение предела прочности сварного соединения до 85-91 МПа при сочетании перфорирования промежуточной металлической прокладки и поверхностей керамических заготовок также можно объяснить интенсификацией и улучшением равномерности деформационного процесса. При этом происходит аналогичная деформация металла промежуточной прослойки в условиях (давление плюс сдвиг) как благодаря наличию отверстий в деформируемой промежуточной металлической прокладке, так и за счет отверстий в керамической заготовке.The observed in FIG. 3, an increase in the ultimate strength of the welded joint to 85-91 MPa with a combination of perforation of the intermediate metal spacer and the surfaces of ceramic blanks can also be explained by the intensification and improvement of the uniformity of the deformation process. In this case, a similar deformation of the metal of the intermediate layer occurs under conditions (pressure plus shear) both due to the presence of holes in the deformable intermediate metal spacer and due to holes in the ceramic workpiece.

Еще одна причина повышения прочности сварных соединений свариваемых заготовок связана с появлением армированных каналов в керамике. Если в контактной поверхности керамики создать систему отверстий, то при сварке металл промежуточной прокладки начнет затекать в эти отверстия вследствие развития пластических деформаций. Постепенно отверстия заполнятся металлом, и приконтактная зона материала керамической заготовки будет представлять собой (композит - (хрупкая матрица - пластичные волокна)).Another reason for the increase in the strength of welded joints of the workpieces being welded is associated with the appearance of reinforced channels in ceramics. If a system of holes is created in the contact surface of the ceramic, then during welding the metal of the intermediate spacer will begin to flow into these holes due to the development of plastic deformations. Gradually, the holes will be filled with metal, and the contact area of the material of the ceramic workpiece will be (composite - (brittle matrix - plastic fibers)).

Аналогичные описанному выше эксперименты с другими видами керамики на основе таких соединений, как: оксид алюминия (Al₂O₃); оксид алюминия/кварц (Al₂O₃/SiO₂ (80/20)); оксид алюминия/кварц (Al₂O₃/SiO₂ (96/4)); оксид алюминия/кварц/оксид бора (Al₂O₃ SiO₃ B₂O (70/38/2)); оксид алюминия/кварц/оксид бора (Al₂O₃/SiO₂/B₂O (62/24/14)); алюмосиликат калия Muscovite Mica; карбиды бора (В₄С), кремния (SiC); реакционно-связанный карбид кремния (SiC); горячепрессованный карбид кремния (SiC), вольфрам/карбид кобальта (W/Co (94/6)); обработанная стеклокерамика (SiO₂/Al₂O₃/MgO/K₂O/B₂O₃ (46/16/17/10/7)); проницаемая керамика (SiO₂/ZrSiC/Al₂O₃(50/40/10)); диборид титана (TiB₂); диоксид титана (TiO₂ (99,6%)); оксид магния (MgO), нитриды алюминия (AlN), бора (BN), кремния (Si₃N₄); обработанный нитрид алюминия; реакционно-связанный нитрид кремния (Si₃N₄), полученный горячим прессованием нитрид кремния (Si₃N₄); нитрид кремния/нитрид алюминия/оксид алюминия; сиалоновое стекло; оксиды цинка/алюминия (ZnO/Al₂O₃ (98/2)); оксид иттрия (Y₂O₃); оксид бериллия (ВеО (99,5%)); расплавленный кварц (SiO₂); рубин (Al₂O₃/Cr₂O₃/Si₂O₃); сапфир (Al₂O₃ (99,9%)); силикат оксида алюминия (SiO₂/Al₂O₃ (53/47)); кварц (SiO₂ (96%)); алюмосиликатное стекло - алюмосиликат (SiO₂ (57%)/Al₂O₃ (36%)/CaO/MgO/BaO); нестабилизированный цирконий (ZrO₂ (99%)); стабилизированный оксидом иттрия цирконий (ZrO₂/Y₂O₃); стабилизированный оксидом магния цирконий (ZrO₂/MgO); ВК94-1; 102; УФ-46; стекло-керамика СОП5М, показали аналогичные результаты.Experiments similar to those described above with other types of ceramics based on such compounds as: aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ); aluminum oxide / quartz (Al ₂ O ₃ / SiO ₂ (80/20)); aluminum oxide / quartz (Al ₂ O ₃ / SiO ₂ (96/4)); alumina / quartz / boron oxide (Al ₂ O ₃ SiO ₃ B ₂ O (70/38/2)); alumina / quartz / boron oxide (Al ₂ O ₃ / SiO ₂ / B ₂ O (62/24/14)); potassium aluminosilicate Muscovite Mica; boron carbides (B ₄ C), silicon (SiC); reaction bonded silicon carbide (SiC); hot pressed silicon carbide (SiC), tungsten / cobalt carbide (W / Co (94/6)); processed glass ceramics (SiO ₂ / Al ₂ O ₃ / MgO / K ₂ O / B ₂ O ₃ (46/16/17/10/7)); permeable ceramics (SiO ₂ / ZrSiC / Al ₂ O ₃ (50/40/10)); titanium diboride (TiB ₂ ); titanium dioxide (TiO ₂ (99.6%)); magnesium oxide (MgO), aluminum nitrides (AlN), boron (BN), silicon (Si ₃ N ₄ ); processed aluminum nitride; reactive silicon nitride (Si ₃ N ₄ ), hot pressed silicon nitride (Si ₃ N ₄ ); silicon nitride / aluminum nitride / aluminum oxide; sialon glass; zinc / aluminum oxides (ZnO / Al ₂ O ₃ (98/2)); yttrium oxide (Y ₂ O ₃ ); beryllium oxide (BeO (99.5%)); molten quartz (SiO ₂ ); ruby (Al ₂ O ₃ / Cr ₂ O ₃ / Si ₂ O ₃ ); sapphire (Al ₂ O ₃ (99.9%)); aluminum oxide silicate (SiO ₂ / Al ₂ O ₃ (53/47)); quartz (SiO ₂ (96%)); aluminosilicate glass - aluminosilicate (SiO ₂ (57%) / Al ₂ O ₃ (36%) / CaO / MgO / BaO); unstabilized zirconium (ZrO ₂ (99%)); yttria-stabilized zirconium (ZrO ₂ / Y ₂ O ₃ ); magnesium oxide stabilized zirconium (ZrO ₂ / MgO); VK94-1; 102; UV-46; glass-ceramics SOP5M showed similar results.

Аналогичные описанному выше эксперименты (включающие численные вычисления) влияния физико-механических свойств, соотношения размеров соединяемых материалов на величину и характер распределения остаточных напряжений в металл-керамических соединениях с другими металлическими промежуточными прокладками -такими, как алюминиевые сплавы (АД1, АД00), никелевая, титановые сплавы (ВТ14, 10X18H9T), медная (М0б) и серебряная фольги, показали аналогичные результаты.Experiments similar to those described above (including numerical calculations) of the effect of physical and mechanical properties, the ratio of the sizes of the materials to be joined on the magnitude and nature of the distribution of residual stresses in metal-ceramic joints with other metal intermediate spacers - such as aluminum alloys (AD1, AD00), nickel, titanium alloys (VT14, 10X18H9T), copper (M0b) and silver foils showed similar results.

Диффузионная сварка при одновременном деформировании нескольких деталей показала аналогичные результаты.Diffusion welding with simultaneous deformation of several parts has shown similar results.

На основании вышеизложенного новый достигаемый технический результат предполагаемого изобретения обеспечивается следующими по сравнению с прототипом техническими преимуществами.Based on the foregoing, the new achieved technical result of the proposed invention is provided by the following technical advantages in comparison with the prototype.

1. Использование при диффузионной сварке разнородных (разных по химическому составу) перфорированных лазерным лучом промежуточных металлических прокладок и контактных поверхностей керамики с микроструктурированной поверхностью позволяет получить сварные соединения, имеющие прочность в среднем не менее чем на 14% большую за счет интенсификации пластической деформации материала перфорированной промежуточной металлической прокладки, что существенно влияет на кинетику образования сварного соединения и более равномерное распределение деформаций по поверхности сварного соединения.1. The use in diffusion welding of heterogeneous (different in chemical composition) intermediate metal spacers perforated by a laser beam and contact surfaces of ceramics with a microstructured surface makes it possible to obtain welded joints having an average strength of at least 14% higher due to the intensification of plastic deformation of the perforated intermediate material. metal gasket, which significantly affects the kinetics of the formation of a welded joint and a more uniform distribution of deformations over the surface of the welded joint.

2. Снизить основные параметры процесса диффузионной сварки, при которых формируются высокопрочные сварные соединения, а именно: время (с 20 мин до 15 мин для перфорированных прокладок), давление (с 20 Мпа до 15 МПа), за счет активизации физико-химических процессов взаимодействия между соединяемыми разнородными (разными по химическому составу) материалами вследствие более интенсивной деформации металла перфорированных промежуточной металлической прокладки и контактных поверхностей керамики.2. To reduce the main parameters of the diffusion welding process, at which high-strength welded joints are formed, namely: time (from 20 minutes to 15 minutes for perforated gaskets), pressure (from 20 MPa to 15 MPa), due to the activation of physicochemical interaction processes between the connected dissimilar (different in chemical composition) materials due to the more intense deformation of the metal of the perforated intermediate metal spacer and the contact surfaces of the ceramics.

В настоящее время в Институте электрофизики и электроэнергетики РАН проведены испытания предлагаемого способа диффузионной сварки керамики с металлами, и на их основе выпущена технологическая документация на предлагаемый способ диффузионной сварки керамики с металлами.At present, the Institute of Electrophysics and Electric Power Engineering of the Russian Academy of Sciences has tested the proposed method for diffusion welding of ceramics with metals, and on their basis, technological documentation has been issued for the proposed method for diffusion welding of ceramics with metals.

Используемые источникиSources used

1. Молохина Л.А., Рогалин В.Е., Филин С.А., Каплунов И.А. Зависимость роста фаз двухкомпонентных многофазных систем от параметров диффузии // Журнал физической химии. 2017. Т. 91. №12. С. 2014-2022.1. Molokhina L.A., Rogalin V.E., Filin S.A., Kaplunov I.A. Phase growth dependence of two-component multiphase systems on diffusion parameters // Journal of Physical Chemistry. 2017. T. 91. No. 12. S. 2014-2022.

2. Bocanegra-Bernal M., Matovic В. Mechanical properties of silicon nitride-based ceramics and its use in structural applications at high temperatures // Mater. Sci. Eng. A. 2010. V. 527. P. 1314-1338.2. Bocanegra-Bernal M., Matovic B. Mechanical properties of silicon nitride-based ceramics and its use in structural applications at high temperatures // Mater. Sci. Eng. A. 2010. V. 527. P. 1314-1338.

3. Fang F., Zheng C, Lou H.Q., Sui R.Z. Bonding of silicon nitride ceramics using Fe-Ni/Cu/Ni/Cu/Fe-Ni interlayers. // Mater. Let. 2001. V. 47. P. 178-181.3. Fang F., Zheng C, Lou H.Q., Sui R.Z. Bonding of silicon nitride ceramics using Fe-Ni / Cu / Ni / Cu / Fe-Ni interlayers. // Mater. Let. 2001. V. 47. P. 178-181.

4. Brochu M., Pugh M.D., Drew R.A.L. Joining silicon nitride ceramic using a composite powder as active brazing alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2004. V. 374. P. 34-42.4. Brochu M., Pugh M.D., Drew R.A.L. Joining silicon nitride ceramic using a composite powder as active brazing alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2004. V. 374. P. 34-42.

5. Вашуков Ю.А., Демичев С.Ф., Еленев В.Д., Малинский Т.В., Миколуцкий СИ., Хомич Ю.В., Ямщиков В.А. Лазерная обработка поверхности металлических сплавов для диффузионной сварки // Прикладная физика. 2019. №1. С. 82-87.5. Vashukov Yu.A., Demichev S.F., Yelenev V.D., Malinsky T.V., Mikolutsky SI., Khomich Yu.V., Yamshchikov V.A. Laser treatment of the surface of metal alloys for diffusion welding // Applied Physics. 2019. No. 1. S. 82-87.

6. Патент Франции 2217290,1974, МКИ С04В 37/00.6. French patent 2217290.1974, MKI С04В 37/00.

7. Молохина Л.А., Филин С.А. Анализ и расчет параметров диффузии в двухкомпонентных многофазных системах при «ограниченном» поступлении компонента с меньшей температурой плавления // Конденсированные среды и межфазные границы. 2018. Т. 20. №4. С. 618-629.7. Molokhina L.A., Filin S.A. Analysis and calculation of diffusion parameters in two-component multiphase systems with a "limited" supply of a component with a lower melting point // Condensed media and interphase boundaries. 2018.Vol. 20.No.4. S. 618-629.

8. Молохина Л.А., Филин С.А. Анализ влияния температурной зависимости параметров диффузии на характер роста слоев в двухкомпонентной многофазной системе // Конденсированные среды и межфазные границы. 2019. Т. 21. №3. С. 419-431.8. Molokhina L.A., Filin S.A. Analysis of the influence of the temperature dependence of diffusion parameters on the character of layer growth in a two-component multiphase system // Condensed media and interphase boundaries. 2019.Vol. 21.No. 3. S. 419-431.

9. Авторское свидетельство SU 1463415,1989, МКИ B23K 20/14.9. Copyright certificate SU 1463415.1989, MKI B23K 20/14.

10. Лямин Я.В. Разработка методов интенсификации процесса диффузионной сварки и повышения прочности металл-керамических соединений. Автореферат дис. … кандидата технических наук / Пермский гос. техн. ун-т. Пермь, 1998.10. Lyamin Ya.V. Development of methods for intensifying the diffusion welding process and increasing the strength of metal-ceramic joints. Abstract dis. ... candidate of technical sciences / Perm state. tech. un-t. Perm, 1998.

11. Патент RU 2027570, 1995, МКИ B23K 26/18.11. Patent RU 2027570, 1995, MKI B23K 26/18.

12. Люшинский А.В. Диффузионная сварка разнородных материалов. М: Академия. 2006.208 с.12. Lyushinsky A.V. Diffusion welding of dissimilar materials. M: Academy. 2006.208 p.

13. Не Y., Zhang J., Li X. Characterization of the Si3N4/Si3N4 joints fabricated using particles modified braze // Mater. Sci. Eng. A. 2014. V. 616. P. 107-115.13. Not Y., Zhang J., Li X. Characterization of the Si3N4 / Si3N4 joints fabricated using particles modified braze // Mater. Sci. Eng. A. 2014. V. 616. P. 107-115.

14. Hattali M., Mesrati N.,

D. Electric charge trapping, residual stresses and properties of ceramics after metal/ceramics bonding // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. V. 32. P. 717-725.14. Hattali M., Mesrati N.,

D. Electric charge trapping, residual stresses and properties of ceramics after metal / ceramics bonding // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. V. 32. P. 717-725.

Claims

1. A method of diffusion welding of ceramic blanks, including making blind holes on the surface to be welded at least one of the ceramic blanks to be welded, placing in the contact zone of an intermediate spacer made of metal more plastic than the material of the blanks being welded, and welding the blanks in vacuum, which is different that before diffusion welding, the intermediate spacer is additionally perforated with a laser beam to obtain through micro-holes with a given distance between them, and blind holes on the surface to be welded at least one of the ceramic workpieces to be welded are obtained by melting and moving and / or evaporating the material under the action of the laser beam a pulsed high-performance laser in each of its positions on the said contact ceramic surface.

2. The method according to claim 1, characterized in that the laser beam is moved relative to the contact ceramic surface and the surface of the intermediate metal spacer along a predetermined trajectory continuously or in discrete steps with a residence time in each position sufficient to create holes of the required dimensions.

3. A method according to claim 2, characterized in that the laser beam is moved relative to a stationary machined surface of a ceramic workpiece or an intermediate metal spacer, or said surface is moved relative to a stationary laser beam, or the laser beam and said surface are moved relative to each other.

4. The method according to claim 1, characterized in that a solid-state Nd: YaG laser, or an excimer ArF laser, or a waveguide laser is used.

5. A method according to claim 1, characterized in that Al, or Cu, or Ni, or Ti, or Ag, or their alloys are used as the metal of the intermediate spacer.

6. The method according to claim. 2, characterized in that the controlled movement of the laser beam is carried out in discrete steps using a computer program.

7. The method according to claim 1 or 2, characterized in that before welding, the workpieces are placed in a replaceable insert, which makes it possible to fix workpieces of different sizes in it and adjust the height of the position of the joint of the workpieces to be welded relative to the heating source.

8. The method according to claim 1, characterized in that a predetermined welding temperature is maintained during diffusion welding.

9. The method according to claim. 1, characterized in that the diffusion welding is carried out during deformation of the perforated intermediate metal spacer in the "pressure plus shear" mode.

10. The method according to claim 1, characterized in that diffusion welding of several ceramic workpieces is carried out simultaneously.

11. A method according to claim 1, wherein all holes are of the same size.

12. The method according to claim 1, characterized in that the focusing of the laser beam is changed during the formation of the holes.

13. The method according to claim 1, characterized in that the holes are formed by the laser beam in an inert gas.