СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОМПОЗИЦИОННОЙ МИШЕНИ ИЗ ТУГОПЛАВКОГО И ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМОГО МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК B23K1/00 

Изобретение относится к пайке и может быть использовано, в частности, для изготовления композиционной мишени из тугоплавких и труднодеформируемых материалов, используемой для вакуумного нанесения тонкопленочных покрытий.

Известен способ соединения элементов композиционной мишени, при котором подготавливают контактные поверхности элементов композиционной модели и соединяют их склеиванием (Патент US N 2608323). Клеевой способ соединения частей мишени не обеспечивает необходимых механической прочности сцепления и электропроводности, так как клей после затвердевания непластичен и на границе раздела слоев соединяемых элементов возникают значительные механические напряжения.

Известен способ соединения элементов композиционной мишени, при котором подготавливают контактные поверхности элементов композиционной модели и соединяют их электродуговой сваркой (Заявка PST N 91/18128).

Известен способ соединения элементов композиционной мишени, при котором подготавливают контактные поверхности элементов композиционной мишени (патент США 5143590).

Способы сварки не обеспечивают требуемого теплоотвода от массивного элемента мишени (ее основания), так как при сварке образование соединения между элементами мишени происходит лишь по их кромкам и присадочному материалу.

Наиболее близким к изобретению является известный способ соединения элементов композиционной мишени из тугоплавкого и труднодеформируемого материалов, при котором подготавливают контактные поверхности элементов композиционной модели и соединяют их пайкой (Патент DD N 239808). Данным способом не обеспечивается надежность сцепления между соединяемыми элементами мишени, что ведет к снижению надежности самой мишени при ее эксплуатации.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности мишени при ее эксплуатации. Технический результат, обеспечиваемый при этом, состоит в повышении прочности сцепления.

Поставленная задача решается тем, что в способе соединения элементов композиционной мишени из тугоплавкого и труднодеформируемого материалов, при котором подготавливают контактные поверхности элементов композиционной модели и соединяют их пайкой, во всех случаях использования пайку проводят аморфным припоем, причем паяемые элементы нагревают до температуры 0,4 - 0,6 температуры ликвидуса припоя, производят первую изотермическую выдержку в течение 20 - 30 мин, нагревают паяемые элементы до температуры 1,1 - 1,2 температуры ликвидуса припоя, производят вторую изотермическую выдержку в течение 5,0 - 20 мин и охлаждают.

В некоторых случаях от температуры 1,1 - 1,2 до температуры 0,6 - 0,8 температуры ликвидуса припоя композиционную модель охлаждают со скоростью 50 - 100 град/мин, а от температуры 0,6 - 0,8 температуры ликвидуса припоя со скоростью 5,0 - 10 град/мин, при этом возможно ведение пайки порошком сплава системы медь-никель-фосфор фракции 20 - 100 мкм из ленты толщиной 30 - 50 мкм.

Совокупность существенных признаков, необходимая во всех случаях использования изобретения обеспечивает образование начального диффузионного слоя между аморфным припоем и соединяемыми поверхностями до 1,0 - 1,5 мкм, что и обеспечивает прочность сцепления, поскольку аморфизаторы, входящие в состав аморфного припоя, такие как фосфор, кремний, бор и редкоземельные элементы, после первой изотермической выдержки выделяются в виде самостоятельных равновесных фаз, имеющих повышенную степень диффузии, что приводит к диффузионному отводу припоя в паяемые элементы мишени и переходу компонентов мишени в припой.

Нагрев ниже температуры ликвидус припоя и первая изотермическая выдержка обеспечивают количество равновесной фазы и толщину образующихся начальных слоев 0,2 - 0,8 мкм. Нагрев выше температуры ликвидус припоя и вторая изотермическая выдержка увеличивают толщину диффузионного слоя до 1,0 - 1,5 мкм. Скорость и время охлаждения от температуры выше до температуры ниже температуры ликвидуса припоя сохраняют толщину диффузионного слоя полученную металлическую структуру паянного шва. Дальнейшее охлаждение в предложенных условиях его проведения снимает напряжения в паяемой мишени.

Пример осуществления способа. Соединяемыми элементами композиционной мишени являются основание из стали Х18Н10Т и распыляемая часть их хрома ХР-2. Припоем служит аморфный порошок системы медь-никель-фосфор.

Поверхности основания и распыляемой части перед пайкой очищают от окалины, окисной пленки и жировых отложений механическим путем или травлением. Соединяемые элементы обрабатывают на токарном станке таким образом, чтобы на плоскости основания мишени оставался конусообразный выступ, а на распыляемой части - конусообразной углубление для фиксации при пайке.

На подготовленную поверхность основания мишени наносят слой порошка аморфного припоя дисперсностью 50 - 100 мкм. Затем сверху на него устанавливают распыляемую часть мишени. Собранную таким образом мишень помещают металлический стакан с двойными стенками, полость между которыми заполняют жидким азотом. Стакан устанавливают на стол камеры вакуумной печи, которую откачивают до давления не выше 5•10 мм рт.ст.

Нагрев ведут со скоростью 80^oC/мин. По достижении 470^oC производят первую изотермическую выдержку в течение 20 - 30 мин далее нагрев ведется до температуры 1080^oC со второй изотермической выдержкой в течение 5,0 - 20 мин. Далее нагрев прекращают и ведут охлаждение до 658^oC со скоростью 50 - 100^oC/мин, после чего скорость охлаждения поддерживают равной 5,0 - 10^oC/мин.

Для соединения элементов композиционной мишени из тугоплавкого и труднодеформируемого материалов подготавливают контактные поверхности и соединяют их пайкой. Пайку проводят аморфным припоем. Паяемые элементы нагревают до температуры 0,4 - 0,6 температуры ликвидуса припоя. Производят первую изотермическую выдержку в течение 20 - 30 мин. Нагревают паяемые элементы до температуры 1,1 - 1,2 температуры ликвидуса припоя, производят вторую изотермическую выдержку в течение 5,0 - 2,0 мин и охлаждают. От температуры 1,1 - 1,2 до температуры 0,6 - 0,8 температуры ликвидуса припоя композиционную модель охлаждают со скоростью 50 - 100 град/мин. От температуры 0,6 - 0,8 температуры ликвидуса припоя композиционную модель охлаждают со скоростью 5,0 - 10 груд/мин. Пайку ведут порошком сплава системы медь-никель-фосфор фракции 20 - 100 мкм из ленты толщиной 30 - 50 мкм. В результате получают высокую прочность сцепления, повышается надежность мишени при эксплуатации. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ соединения элементов композиционной мишени из тугоплавкого и труднодеформируемого материалов, при котором подготавливают контактные поверхности элементов композиционной мишени и соединяют их пайкой, отличающийся тем, что пайку выполняют аморфным припоем, при этом сначала паяемые элементы нагревают до температуры 0,4 0,6 температуры ликвидуса припоя и производят первую изотермическую выдержку в течение 20 30 мин, затем нагревают паяемые элементы до температуры 1,1 1,2 температуры ликвидуса припоя и производят вторую изотермическую выдержку в течение 5 20 мин, после чего мишень охлаждают. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что композиционную мишень охлаждают со скоростью 50 100 град./мин в интервале температур от 1,1 1,2 до 0,6 - 0,8 температуры ликвидуса припоя. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что композиционную мишень охлаждают со скоростью 5 10 град./мин в интервале температур от 0,6 0,8 температуры ликвидуса до температуры окружающей среды. 4. Способ по любому из пп. 1 3, отличающийся тем, что в качестве припоя используют ленту толщиной 30 50 мкм из порошка сплава системы медь никель фосфор фракции 20 100 мкм.