Сварка в машиностроении.Том 2 (1041437), страница 109
Текст из файла (страница 109)
Металлические порошки и пасты изготовляют по специальной технологии. Приготовленну)о металлизацнонную пасту наносят на поверхность керамики, подлежащую пайке несколькими способав|н: кисточкой, роликом, окунанием, на специальных станках методом пульверизацни и др. Нри этом способе внимание обращается на толщину слоя пасты (40 — 50 мкм) и его равномерность. Вжигание металлического покрытия (пасты) осуществляют во 9.
Режимы вжигания металлизационных покрытий и составы газовых сред Не; Не —. 2; 1 или )Ч,; Н,=З:1, точка росы +15 — . '+25'С Водород илн )Че: Не = 2 " !. точка росы +15 —; ЗО'С Ы,.Не=3:1, точка росы +25 —; — 25'С влажном водороде или формиргазе ' в электрических печах; параметры режима вжигания приведены в табл. 9. Наиболее сложные физико-химические процессы, предшествующие получению металлокерамических спаев по многоступенчатой технологии, протекают при вы- е Азотно-водородная смесь с отношением азота к водороду 2: ! нлн 3: 1. 422 423 Пайка и сварка неметаллических материалов Пайка и сварка керамики с металлами сокотемпературном спекании тугоплавких порошков и активизирующих добавок на поверхности керамических деталей. В результате протекания этих процессов образуется прочно соединенный с керамикой металлизационный слой, который и обеспечивает последующую пайку керамики с металлом.
В основе процессов, протекающих при металлизацни керамики, лежит химическое взаимодействие компонентов пасты с окислами керамики с образонанием промежуточного переходного слоя, которое происходит в восстановительной атмосфере с достаточно высоким содержанием паров воды, окисляющих некоторые из компонентов металлизационных паст. При металлизации высокоглиноземистой керамики молибдено-марганцевой пастой промежуточный слой между ними обазуется следующим образом: часть марганца окисляется до окиси по реакции и+ Н,О-+ МпО+ Н,.
Окисленнгяй марганец при температурах выше 1000 'С вступает в реакцию с керамикой с образованием алюмомарганцевой шпинели А1эОа МпО. Алюмомарганцевая шницель способствует закреплению металлизационного покрытия. С ростом температуры этот процесс ускоряется, но уже при 1300 — 1350'С начинается обратный процесс, связанный с разложением алюмомарганцевой шпипели и выпадением кристаллов корунда, Кроме образования алюмомарганценой шпинели, возможно взаимодействие МпО с ЫРз с образонанием роденита МпО 51О, и с окислами щелочноземельных металлов с образованием твердых растворов в системах МпΠ— СаО и МпΠ— МиО.
Прочная связь керамики с металлизационным слоем также образуется при миграции стеклсфазы керамики н металлизационный слой; при этом стеклофаза прочно сцепляется с кристаллической фазой керамики (а = А1,0з) и с металЛом (молибденом). После нанесения металлизационного слоя и контроля его свойств наносится слой металла, обеспечивающий защиту металлизационного слоя от взаимодействия его с жидким металлом и улучшающий растекание припоя. В качестве слоя металла наносятся никель и железо, а также ннкель-рениевые сплавы гальваническим или химическим способами. При пайке керамики золотыми и серебряными припоями применяют никелевые слои толщиной 3 — 5 мкм. После нанесения покрытия детали тщательно промывают в проточной воде, а затем в дистиллированной воде с применением ультразвука.
Сборка под пайку охватывающих спаев — несложная операция, однако важным является обеспечение минимальных зазоров. В некоторых случаях диаметры металлических деталей на 0,02 — 0,04 мм меньше диаметра керамических деталей; сборку таких деталей производят с использованием пресса. При сборке и пайке узлов с плоскими или торцовыми поверхностями требуются центрирующие оправки и придавливающие грузы.
Припой при пайке охнатывающих спаев изготовляют в виде кольца из проволоки; для пайки торцовых поверхностей применяют припои в виде плоских колец или дисков толщиной 0,05 — 0,1 мм. Припой используют н отожженном состоянии. В качестне припоев применяют сплавы на основе серебра, золота и меди, позволяющие произнодить пайку металлокерамических узлов в интервале 685 †10' С.
Более тугоплавкие припои изготовляют из медно-никелевых и хромоникелевых сплавов, обеспечивающих температуру пайки в интервале 1100 — 1453' С. Пайку металлокерамических узлов производят в водородных контейнерах или колпаковых печах с применением сухого водорода, содержание паров воды в котором должно соотвезствовать точке росы — 20' С, Примесей кислорода должно быть не более 0,01 — 0,0204 по объему, При пайке узлов диаметром до 25 мм время нагрева и охлаждения 25 — 30 мин, узлов диаметром 25 — 35 мм — время 45 — 50 мин, узлов диаметром более 35 мм— время 90 — 100 мин.
Время выдержки при пайке от 20 с до 1,5 — 2 мин. Вжигание металлических покрытий (металлизация) — сложная технологическая операция. Для получения качественного соединения металлического покрытия с керамикой в процессе вгкигания необходимо соблюдать технологию подготовки металлических порошков и паст, точно поддерживать состав среды, температуру вжигания и т. д. Качество соединения металлизационного слоя с керамикой определяет прочность ивяного узла.
Надежность металлокерамической конструкции зависит от прочности керамики, прочности сцепления металлизационного слоя с керамикой, прочности сцепления металлизационного слоя и припоя, а также адгезии припоя к металлической детали. Эти операции делают пайку по многоступенчатой технологии сложным процессом, общая продолжительность которого измеряется часами. Пайка с помощью активных металлов. Пайка по активной технологии упрощает получение паяного соединения керамики с металлом. Поскольку в данном случае отсутствует операция вжигания покрытия н металлизации, этот процесс относится к одпоступенчатой технологии.
Пайка по активной технологии основана на том, что при высокой температуре такие активные металлы, как титан и цирконий, образуют с припоями расплавы высокой реакционной способности — активные сплавы, которые растекаются по керамике и металлу, нзаимодействуют с ними, обеспечивая получение прочного спая. Пайку металлокерамнческих узлов по этой технологии можно выполнять различными способами: непосредственно с металлическими деталями из титана; припоями, содержащими титан; с помощью гидридов титана и циркония и т. д, Сущность этих способон состоит н том, что при вакууме 1 10 л мм рт. ст.
и повышенных температурах активные металлы (титан„цирконий) образуют с припоями расплавы высской реакционной способности, которые взаимодействуют с окислами, составляющими керамику, обеспечивая получение прочного сная. При взаимодействии активных металлов (или сплавов) с окислами керамики последние частично восстанавливаются с образованием в пограничной зоне сложных растворов внедрения и замещения. Так, при взаимодействии А1зОз с титаном окись алюминия частично восстанавливается (при 950' С) и отдает кристаллической решетке титана кислород с образованием твердого раствора внедрения. Алюминий, освободившийся при восстановлении А1,0з, также растворяется в титане, но с образованием твердого раствора замещения. При взаимодействии 510, с титаном образуется твердый раствор кислорода в титане и возникают интерметаллические соединения титана с кремнием.
Эти процессы являются определяющими в образовании прочного соединения при пайке металлокерамических изделий по активной технологии. Припой облегчает перенос активного металла к керамике и заполняет зазоры между керамикой и металлом. Для пайки титана с алюмооксидными керамиками в качестве припоя используют сплав ПСр.72, серебро, медь, и никель, а также медно-титановые и никельтитановые сплавы. Пайка с помощью гидрида титана происходит по следующей технологии. Пасту из порошка гидрида титана наносят на керамику.
После того как паста подсохнет, керамическую деталь собирают с металлической. В место сная помещают припой. Пайка происходит в вакууме 1 ° 10 л мм рт. ст. При нагреве до 450 — 550' С гидриды титана разлагаются, титан образует с жидким припоем активный сплав, который и обеспечивает получение вакуумно-плотного сная по ранее приведенному механизму. Пайку керамики с деталями из титана необходимо выполнять с использованием керамических материалов, согласованных по КЛР с 1итаном. При несоблюдении этого условия в зоне сная появляются трещины.
Для получения высококачественного соединения необходимо возможно более плотное грнлегание титановой детали к керамике и минимальное количество припоя. Пайку таких соединспий осуществляют в печах при вакууме 1 ° 10 ~ мм рт. ст. или в среде аргона. Нагрев производят со скоростью 15 — 20' С/мин. Температура пайки превьппает температуру плавления припоя на 20 — 40' С.
Охлаждение после пайки происходит со скоростью 10' С/мин. Методы пайки керамики с металлами находят применение в различных отраслях промышленности, особенно в массовом произнодстве металлокерамических узлов электронных и ионных приборов. Однако технология пайки и спаи керамики с металлами облада1от некоторыми недостатками. 1. Сложность технологического процесса пайки, что связано с необходимостью проведения подготовительных операций, предшествующих пайке (металлизация, вжигание покрытия и ряд других). В процессе подготовки поверхности керамики под пайку производят промежуточные контрольные операции: контролируют Пайка и сварка керамики с металлвми 424 Пайка и сварка нел!еталлическик лсатериалов толщину металлизационного покрытия и прочность его сцепления с керамикой. 2.
В ряде случаев ивяные соединения не обеспечивают необходимые изоляционные свойства, так как в процессе пайки на поверхность керамики осаждаются пары припоя. 3. Паяные металлокерамические узлы не могут работать в условиях высоких температур (1200' С и выше); предельная рабочая температура ивяных соединений не превышает, как правило, 800' С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
