Сварка в машиностроении.Том 2 (1041437), страница 108
Текст из файла (страница 108)
3 и 4. 3. Химический состав керамических материалов иа основе А1.,0„% В,О, 4. Основные физико-механические свойства керамических материалов на основе А1,0, Ценность керамических материалов в значительной степени обусловлена высокими теплофизическими свойствами. Этн свойства определяют способность металлокерамических узлов надежно функционировать как в условиях стационарных тепловых потоков, так и при резкой смене температур, н больших се градиен!ах, В этом отношении такие свойства, как коэффициент линейного рас- ширения (КЛР), теплопроводность и теплоемкость, влияют на прочность металло- керамических узлов при резких сменах температуры. Температурные напряжения, возникающие в металлокерамическом соединении, в значительной степени определяются КЛР сопрягаемых деталей, Средние значения КЛР в интервале температур 20 †9' С для рассматриваемых керамических материалов на основе А!,02 составляют (80 —: 86) 10 71/' С.
Для сравнения КЛР меди 197 10 71/' С, никеля 163 10 '1/' С. В керамических материалах число свободных электронов мало, поэтому теплота передается в основном за счет упругих колебаний решетки. Этим и объясняется тот факт, что теплопроводность керамических материалов на один-два порядка ниже, чем теплопроводность металлов. Как и у металлов, при повышении температуры теплопроводность керамических материалов уменьшается.
Теплоемкость большинства керамических материалов повышается с возрастанием температуры. При этом теплоемкость не зависигот строения кристаллической решетки и микроструктуры керамики. Удельная теплоемкость А1203 в интервале температур 100 — 1200' С возрастает ог 0,20 до 0,30 ккал/(кгс 'С). Основными механическими свойствами керамических 3. Прочность при статическом изгибе материалов являются прочность при изгибе, растяжении и сжатии; моТемпература, 'С дуль упругости и коэффициент Пуассона.
Прочность керамических материалов при статическом изгибе зависит от исходного состава масс, пористости. величины зерна, масштабного фактора и т. д. (табл. 6). Материал 20 500 ! 1000 3700 3300 930 3300 3400 2!30 22 ХС Сапфнрнт Керамика Е 104, кгс/мма Спеченная окксь алюминия (пористость 3%) ..., .. 3,9 Алюмооксидкая ....... 3,7 Стеатит............
0,7 Алюмосиликатная ...... 1,4 Модуль упругости меди 12 200 — 13 000 кгс/мм-", а никеля (в зависимости от чистоты) 18 000 — 22?ОО кгс/мм'. Все керамические материалы мало деформируются под нагрузкой, поэтому коэффициент Пуассона для большинства материалов составляет 0,2 — 0,3. Газовыделение и еазопроницаемость высокотемпературных окислов и керамических материалов на их основе определяются свойствами основного компонента, входящего в керамический материал, а также технологическим процессом его изготовления. Газовыделение из керамики происходит в результате диссоциации окислов, десорбцни газов, поглощенных при изготовлении, и выделения легко- летучих примесей.
Диссоциация окислов керамики происходит под дсйствисм высоких температур или при бомбардировке керамической поверхности электронами, имеющими высокую энергию. Высокие температуры не влияют на газо. выделение, которое мало и не превышает газовыделение из меди, пикеля и др.
Газовыделенне керамик некоторых марок при нагреве в вакууме до 900' С приведено в табл. 6, Для сравнения прочность меди при статическом изгибе (при 20"С) 14— 28 кгс/мм'. Прочность при разрыве вакуумно-плотных керамических материалов изменяется подобно прочности при статическом изгибе. Прочность при сжатии для плотноспеченных керамических материалов высока. Так, микролит, содержащий 99,0 — 99,2% А1,0„имеет прочность при сжатии 100 кгс/мм (для меди о, =- 60 кгс/мма). Поэтому керамические детали должны работать в условиях сжатия. Прочность керамики зависит от размеров детали; при увеличении диаметра испытуемого образца прочность уменьшается.
Модуль упругости керамических материалов зависит от химического состава, температуры и пористости: 418 Пайка и сварка керамики с металлами 419 а. Гааовыделеиие яерамия кд/нн 100 00 Вв 60 60 0 200 400 600 7, С 6 20 60 112 101 201 441727 7, 'С Рис. 1.
Зависимость удельного электрического сопротивления керамики от температуры: ! — 102; 2 — 22ХС; 3 — А-995; 4 — КВФ.4; 6 — М-7;  — бро. керит-9; 7 — поликор Рис. 2. Зависимость электрической прочности керамики при постоянном (1 — 4) и переменном 50 Гц (6) напряжениях: 1, 6 — керамика 22ХС; 2 — иоликор; 3 — 1МЧ 4 — форстерит Пайка и сварка неметаллических материалов Газовыделение плотной керамики определяется площадью поверхности исит от ее о й " ' ' ма и массы и связано лишь с газовы- делением поверхности и приповерхю ы и постного слоя толщиной около 20 мкм; 1ч +со со газовыделение у металлов происходит из всего объема.
~Я Газопроницаемость керамических материалов на основе А!,Оа в основ22хс 1,2 м 40 з 2 ном определяется плотностью этих 22Х 06 ЗЗ 40 3 2 о, материалов. При пористости 3 — 5;о ф-11 з,о йз 44 в 2 материалы непроницаемы для кислос-14 з,б ьо 42 з 3 рода, азота, аргона, гелия и других газов до 1400 †15'С. Чистая окись алюминия остается газонепроницаемой при темгературах до 1500' С в течение 2 ч. Увеличение пористости до 7 — 10",о сопровождается повышением газопроницаемости с ростом температуры. Элена'рические сеойскчва.
Удельное электрическое сопротивление керамики 1 10«4 Ом ° см при 100" С. Удельное электрическое сопротивление с увеличением температуры уменьшается (рис. 1). Кера1др мика обладает высокой электрической проч- 14 постыл. Температурные зависимости элек4- рической прочности Еи„керамики при по- 16 стоянном и переменном напряжении приве- дены на рис, 2. Консп4руирование спаев мевалла с керамикой. Вследствие различия КЛР, теплопроводности и теплопередачн в соединениях сная металла с керамикой возникают тепловые напряжения, которые могут привести к разрушению керамической детали.
При конструировании спаев необходимо принимать меры против возникновения тепловых напряжений. Конструкции спаев делятся на согласованные и несогласованные. Согласованными называют спаи„у которых КЛР близки в широком интервале температур Несогласованными спаями называют такие, у которых КЛР различаются значительно. В зависимости от взаимного расположения и формы металлических и керамических деталей все металлокерамнческне узлы можно разделить на четыре группы: конические охватывающие, цилиндрические охватывающие, охвагывае- мыс и торцовые. Охватывающие узлы, — в которых металл охватывает керамическую деталь по наружной поверхности; охватываемая керамическая деталь охватывает металлическую; торцовые, в которых керамические и металлические детали сочленяются по торцу, Наиболее характерные примеры конструкций указанных типов приведены на рис.
3. Охватывающие стран являются наноолее распространенными. Цилиндрические охватывающие спаи рекомендуются для согласованных спаев. При необходнаюсти изготовлять несогласованный спай (керамика + медь) рекомендуется конический охватывающий спай. Торцовые спаи наименее надежные. Сложность 0) е) лг) в) Рнс.
3. Конструкции спаев металла с керамикой: а — цилиндрический охватывающий; б — конический охватывающий; е, г — охватываемые; д — и — торцовые конструирования металлокерамическ~х спаев связана с необходимостью компенсации возникающих собственных остаточных напряжений в конструкции, для чего используют некоторые приемы. Зазоры между спаиваемыми деталями должны быть оптимальными. При пайке медью такой зазор равен 0,025 мм. В охватывающих спаях козара (железоникелевого сплава) керамическая деталь находится в напряженном состоянии — радиального сжатия.
При пайке молибдена с высокоглиноземнстой керамикой с использованием охватывающего спая должен быть предусмотрен зазор 5 = с( 165 1О «+ 0,03 мм, где а' — диаметр детали. Преимуществом конических охватывающих спаев является уменьшение зазора между керамикой и металлами. При их изготовлении не требуется точной подгонки по диаметру сопрягаемых поверхностей, В узлах с охватывающими спаями в качестве металла чаще используют ковар, медь н титан. Рекомендуемые параметры элементов охватывающих спаев приведены в табл. 7. Пайка керамических материалов с металлами. Известны несколько способов получения ивяных вакуумно-плотных металлокерамических соединений — пайка предварительно металлизированных керамических материалов твердыми припоями„пайка по активной технологии и др.
Первый способ относится к многоступенчатой, а второй — к одноступенчатой технологии. Пайка предварительно металлизированной керамики твердыми припоями. Процесс получения металлокерамических узлов по многоступенчатой технологии состоит из двух основных операций: металлизации керамики с образованием прочно Пайка и сварка керамики с металлами 420 421 8. Составы металлизационных покрытий Массовая доля, «Уе Керамика Керамика Але 98Мо, 2 Ге Стеатитовая К-1 80 Мо 20 Мп 4о, 20 Мп, 5 8! !св. 1ОО) 96 Мо, 4 Мп о, 10 Мп, Т1Н, Форстернтовая ФС-ЗЛ 63,8 — 74 Мо, 0.8 — б,! Т1Не А1,0, остальное 77 Мо, 20Мп, 3 Мо81е М-7 80 Мо, 14 Мп, б Без! 60 ууС, 10 Т!С, 35 Ре Алюмнносиликатная 102 80 Мо 10 Мп !О Т!Не 75 — 78 Мо, 20 Мп, 5 — 2 зп ВГ-1Ч 80 Мо, 20 Мп, 5 Я Бериллневая 75 Мо, 20 Мп, 5 ~А«О« Сапфврит 95 ее', 5 1,О Поликор Время выдержки при максимальной температуре, мин Максимальнаяя температура вжнгания, 'С Дяамеер керамического цнландра, мм ой среды, ость Состав покрытия, керамический материал ! 2 — 24 ! 30 — 45 50 — 05 б — !О 1,б — 2,5 2,0 — 2,5 2,0 — 4,5 3,0 — 4,0 З,Π— 4,0 4,0 — 6,0 5,0 — 7,0 5,0 — 7,0 Водород, точка росы +20 —; +25'С 1640 — 1680 60 Вольфрамовые покрытия на керамике типа ГМ, поликор, сапфир Молибденовое покрытие: иа алюмооксидной кеРамике 22ХС, М-7, ВГ-1Ъ', ГМ и др.
0,3 — 0,5 0,2 0,5 0,7 0,3 — 0,5 0,3 0,5 — 0,7 0,8 — 1,0 0,5 — 0,8 0,8 — 1,0 8 — 20 1270- 1400 20 — 40 1120 — 1170 на форстеритовой керамике ФС-5Л, АФ555 650 †7 600 †7 700 †7 До 500'С 1,6; выше 500'С 4,2; охлаждение с печью 1Π— 20 1280 †13 40 на бериллиевой кера- мике )Ч:Н =3:1, точка росы +20'С 1280 †13 10 — 20 с добавками железа на стеатнтовой кера- мике Пайка и сварка неметаллических материалов соединенного с керамикой металлизацнонного слоя в процессе «нжигания» и пайки металлнзнрованной керамики с металлом с использованием припоев. Сущность металлизации состоит в нанесении на поверхность керамики металлов (Мо, % или )ее) с добавками Ге. Наиболее широко для металлизации керамических материалов используют порошки из молибдена с небольшой добавкой железа («молибденовая технология»), молибдена с добавкой марганца («молибденово-марганцевая технология») и карбидов тугоплавких металлов («карбидная технология»).
Основное назначение вводимых добавок состоит в том, чтобы в процессе вжигания металлизационных покрытий было получено прочное соединение основного компонента покрытия с керамикой. Наиболее употребительнь)е составы, применяемые для металлизацнн вакуумно-плотных керамических материалов, приведены в табл. 8. 7. Рекомендуелеые параметрье элементов охватывающих спаса (цнлиндры из высокоглинозсмнстой керамики) Толщина стенки керамического цилиндра б,, мм Ширина зоны сная )Ь мм Толщина манжеты в зоне сная б, мм, из металла: ковара никеля меди титана Допустимая температура нагрева спая, 'С, прн нспользов пни: ковара меди титана Технология подготовки керамики к пайке заключается в подготовке металлических порошков и приготовлении из них металлизационных паст, нанесении и вжигании металлизационной пасты, нанесении второго слоя металла па металлизационное покрытие (никелирование, меднение и др.), ультразвуковой очистке металлизированных деталей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
