Способ диффузионной сварки монокристаллов корунда Советский патент 1987 года по МПК B23K20/16 

11

Изобретение относится к сварке давлением с подогревом, в частности к диффузионной сварке, и может быть использовано в различных отраслях про- мышлеяности для .соединения монокристаллов корунда.

Целью изобретения является повышение качества сварного соединения.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно на свариваемых поверхностях соединяемых деталей из монокристаллов корунда образуют поликристаллический слой толщиной 1,5 - 2 мкм путем их обработки абразивом; вначале карбидом бора с размером зерна М40, М24 и М14, а затем алмазом

|АСМ 7/5 и АСМ 5/3.

Соединяемые детали совмещают свариваемыми поверхностями, устанавливают в нагревательную печь, нагревают выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры плавления, сжимают и осуществляют изотермическую выдержку. Затем зону соединения перемещают в области нагрева с градиентом температуры 200-400 град./см со скоростью 10-150 мм/час, после чего детали охлаждают до комнатной.

Благодаря поликристаллической прослойке толщиной 1,5- 2 мкм, образуемой на свариваемых поверхностях деталей из монокристаллов корунда,. и изотермической выдержке при температуре вьше температуры рекристаллизации в зоне соединения образуется однородный мелкозернистьй поликристаллический слой, что свидетельствует о равномерности протекания первичной рекристаллизации по толщине всего слоя. В процессе дальнейшего перемещения зоны соединения в области нагрева с градиентом температуры 200-400 град./см со скоростью 10-150 мм/ч происходит процесс вторичной рекристаллизации, в результате которой поликристаллическая прослойка исчезает и образуется единый монокристалл, при этом прочность сйе динения достигает уровня прочности основного материала.

При толщине поликристаллического слоя больше 2 мкм нарушается одно- .родность поликристаллической прослойки, в ней появляются аномально боль- щие зерна, затрудняющие в дальнейшем про текание процесса вторичной рекристаллизации и снижающие качество сварного шва,.а при толщине меньше. 2 мкм

51992

в процессе нагрева сразу происходит процесс вторичной рекристаллизации, и поликристаллическая прослойка исчезает до создания общих зерен.

5 Технологические параметры процес- . са (температура.нагрева, скорость перемещения в области нагрева с градиентом температуры и его величина) связаны сложной функциональной зависиO мостью: чем выше температура проведения процесса, тем вьш1е подвижность межзеренных границ,при этом скорость перемещения может быть увеличена, а величина осевого градиента температу5 ры уменьшена, так как подвижность границы проявляется при меньших термоупругих напряжениях и, наоборот, снижение температуры процесса требует уменьшения скорости перемещения

0 (т.е. увеличения времени нахождения зоны соединения в градиентной облас- ти) и увеличения градиента температуры.

5 При скорости перемещения ниже 10 мм/ч и градиенте температуры ниже 200 град./см создается грубозернистая неоднородная структура поликристаллической прослойки, так назы0 ваемая островная разнозернистость, при кото-рой отношение площадей различных зерен в поликристаллической прослойке может достигать 1:10. Напи- .чие такой неоднородной поликристаллиJJ ческой прослойки резко снижает возможность ее монокристаллизации в процессе вторичной рекристаллизации и, как следствие, приводит к снижению качества и пр очностных характеристик

0 сварного шва.

При скорости перемещения вьш1е 150 мм/ч и градиенте температуры 400 град./см возникают термоупругие 45 напряжения, величина которых оказывается выше предела прочности материала свариваемых деталей - они растрескиваются в процессе сварки.

Пример . Изготавливали тигель СП с наружным диаметром 8 мм и высотой 40 мм.

Тигель изготавливали из двух деталей - монокристаллической трубки из монокристаллического корунда, выра- гс щенной методом Степанова, с наружным диаметром 8 мм и толщиной стенки 1 мм, и донышка в виде диска из монокристаллического корунда диаметром 8 мм и толщиной 1 мм.

313151994

Один из торцов трубки и одну из охлаждением образца до комнатной тем-- поверхностей диска обрабатывали сво- пературы.

бодным абразивом следующим образом: Механические испытания показали, на первом этапе карбидом бора, изме- что прочностные характеристики свар- няя размер зерен в следующем поряд- 5 ного соединения равны характеристике: М40, М24, Ml4, На конечной стадии кам основного материала. поверхности обрабатывали алмазом с

постепенно уменьшающимся размером за- Форму л а изобретения реи АСМ 7/5, 5/3. После такой обработки в приповерхностных слоях моно- tO Способ диффузионной сварки монокристаллов образовывался поликристал- кристаллов корунда через поликристал- лический слой толщиной до 2 мкм. лическую промежуточную прослойку.

Трубку и диск совмещали по свари- при котором свариваемые детали нагреваемым поверхностям и помещали в ин- вают вьппе температуры рекристаллиза- .дуктор установки Донец-1. Камеру гер- 5 ции, но ниже температуры плавления, метизировали и осуществляли нагрев сжимают и осуществляют изотермичес- деталей и до 1850°С. После достиже- кую выдержку на стадии формирования ния заданной температуры с помощью физического контакта, о т л и.ч и ю- рабочих штоков установки детали ежи- щ и и с я тем, что, с целью повыше- мали усилием 1,5 кг/мм и осуществля-20 ния прочности сварного соединения, ли изотермическую вьщержку в течение поликристаллическую прослойку обра- 1,5 ч для прохождения процесса ре- зуют предварительно на каждой из сва- кристаллизадии и образования общих риваемых поверхностей толщиной 1,5 - зерен на контактной поверхности. Пос- 2 мкм, а после изотермической вьщерж- ле изотермической вьщержки зону сое- ки зону соединения перемещают в об- динения перемещали в области нагрева ласти нагрева с градиентом температу- с градиентом температуры 350 град./см ры 200-400 град./см со скоростью 10- со скоростью 100 мм/ч с последующим 150 мм/ч.

Изобретение относится к сварке давлением с подогревом,в частности к. ДИФФУЗИОННОЙ сварке, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для соединения монокристаллов корунда. Целью изобретения является повышение качества сварного соединения.Предварительно на свариваемых поверхностях соединяемых деталей из монокристаллического корунда образуют поликристаллический слой толщиной 1,5-2 мкм путем их обработки абразивом - вначале карбидом бора,а затем алмазом. Соединяе- Mbie детали совмещают cвapивae ы ш поверхностями и устанавливают в нагревательную печь. Детали нагревают до температуры выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры плавления , сжимают и осуществляют изотермическую выдержки. Затем зону соединения перемещают в области нагрева с градиентом температуры 200 - 400 град./см со скоростью 10-150 мм/ч и охлаждают. Во время нагрева благодаря процессам первичной и вторичной рекристаллизации, поликристаллическая прослойка исчезает, т.е. исчезает граница раздела и тем самым повышается качество сварного соединения. (Л с: DO :л со со