Способ соединения керамических деталей Советский патент 1992 года по МПК C04B41/88 

(46) ЗО.Об.92.Бюл. № 2k

(21) 4305038/33 (22} 28,07.87

(72) В.Н.Васильев, Э.С.Каракозов, С.А.Параев, В.И.Горбач в и И.Л.Стешиц

(53)666.3.056.5 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР N 338512, кл. С 04 В 37/02, 1970.

(54)СПОСОБ СОЕДИНРНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

(57)Изобретение относится к способам соединения керамики и может быть использовано при изготовлении пьезо- преобразователей. Для повышения выхода годных пьезопреобразователей и качества соединения деталей из поляризованной керамики ЦТС-19, металлизированной серебром, между деталями помещают гранулированный мягкий припой, боковую поверхность полученной сборки стягивают эластичным бандажом и помещают в сосуд с жидкостью и установленными на нем датчиком и измерителем сигнала акустической эмиссии

(A3). Нагрев производят до температуры плавления припоя, после чего производят сдавливание деталей в сборке с постепенным увеличением давления Р. При достижении Р 0,1 Рмакс где Рмакс - давление разрушения керамики, включают измеритель и фиксируют сигналы A3.В зависимости от требуемой толщины шва -Ј предельное давление сжатия выбирают из Р(0,1-0,5) PWCTKc e

При достижениии предельного давления охлаждают жидкость и снимают давление. Условием качества является отсутствие сигналов A3 в интервале давлений от QJ Р/иакс допредельного. При применении в качестве припоя сплава Вуда, а жидкости - воды для спаивания поляризованных пьезопластин из ЦТС-19 по данному способу выход годных повысился на 20%, неисправимый брак уменьшился на 35%. Полученные пьезопреоб- разователи имели соотношения сигнал - шум - эхо сигнала 42-50 дБ, что на 12- 25 дБ больше, чем у полученных известными способами. 2 табл., 3 ил.

§

и

с

ел

0

Изобретение относится к способам соединения керамики и может быть использовано при изготовлении пьезопреобразователей.

Целью изобретения является повышение выхода годных пьезопреобразователей и качества соединения деталей из поляризованной керамики ЦТС-19, металлизированной серебром.

Осуществляли соединение пьезоплас- тин из керамики ЦТС-19 толщиной 3 мм

и диаметром 20 мм, покрытой слоем серебра. Качество образовапшегося соединения оценивали методом акустической эмиссии (A3).

На фиг. 1 представлена схема соединения двух пьезокерамических пластин, предназначенных для датчика акустической эмиссии.

Между двумя пьезопластичами 3 из керамики ЦТС-19, покрытой слоем серебра, помещики гранулы припоя, например из легкоплавкого сплава ВУДа. Поверхность пьезопластин и гранул сплава промывают и обезжиривают спиртом. На боковую поверхность между пьезопластинами помещают эластичный бандаж 5 (например, кольцо из вакуумной резины, которое надевают в натяг). Пьезопластины с бандажом устанавливают в сосуд 7, между выточками на стенке которого крепится дат чик 11 акустической эмиссии, который соединен с измерителем 12 сигналов A3. Затем сосуд заполняют жидкостью 8, например водой, так, чтобы пьезо- пластины с герметикой оказались в жидкости, и устанавливают его на ста нину, снабженную нагревательным элементом 6. Затем жидкость нагревают нагревательным элементом 6 до температуры расплавления припоя и флюса - 80°С, производят сдавливание пьезопластин поршнем 1 возрастающим давлением. При достижении давления Р 0«1 включают измеритель, на который поступают сигналы акустической эмиссии с датчика.

Экспериментально металлографическим методом было определено, что при правильной технологии соединения пье зоплг стин при достижении давления Р 0,1 П,мпс образуется переходный слон Ьез пор и несплошностей Сем. Фиг. 2а) . Поэтому регистрацию с.игн.шов акустической эмиссии (АЭ) нэчинлдм при достижении давления Р -- 0.1 Р„ахг. При измерении сигналов АЭ нижи давления Р 0,1 , буду регистрироваться посторонние шумы, связанные с выходом избыточного воз- духл из места соединения.

При измерении сигналов АЭ с давле

Макс

существует

ния выше Р 0,1 Р возможность пропустить сигналы АЭ, излучаемые дефектом. Нарушение тех- н- логии соединения поверхностей, пе- 1;гкос при сдавливании, попадание инородных частиц в зону соединения, наличие концентраторов напряжений в кеолмике (и т.д.) может привести к пг,шп«:нию сигналов АЭ при сдавливании iinnciHh R диапазоне давлений от 0,1 Р , Д° предельного давления, : м(-днпенио будет некачественное («mi .(). По техническим условиям при и -н от.;нпс пни пьезокерамических i..j тчикои t ог(у гс.н получение опредеJQ(з 20 25

6Й794

ленной толщины шва. В зависимости от этого выбирали предельное давление на пьезопластины. Данные по толщине шва о , полученные методом металлографии зоны соединения, выполненные при различных удельных давлениях, приведены в табл. 1.

Q з 0 5

Для пьезокерамических пластин диаметром 20 мм и толщиной 3 мм оптимальным является толщина шва от 0,3 до 0,5 мм, поэтому давление, необходимое для создания слоя такой толщины составляет от 90 до 100 МПа. Тол- чцина шва связана с предельным давлением зависимостью, график которой приведен на фиг. 3. Эта зависимость описывается соотношением

Р 0,5 Р

Л

макс

0

5

0 лаждают,

45

где Р - предельное давление, МПа; махс Давление разрушения пьезопластины, равное 290 МПа; О - толщина шва, мм.

Данное соотношение позволяет определить предельное давление Р, необходимое для получения необходимой тол,- щины 5 шва.

Отклонение предельного давления в меньшую или большую сторону не позволяет получить требуемой толщины шва из-за невозможности ее определения в процессе сдавливания. Это снижает качество соединения и приводит к неисправимому браку. При достижении предельного давления на измерителе 12 фиксируют отсутствие сигналов акустической эмиссии, нагревательный элемент 6 отключают, жидкость 8 охдавление снимают, а пластины 3 извлекают из сосуда 7.

Качество соединения определяют по отсутствию сигналов акустической эмиссии. Соединение считают качественным, если в диапазоне давлений от 0,1

ДО Р 0,5 Р,

макс

сигналов АЭ за0

5

регистрировано не было.

Основным преимуществом предложенного способа в сравнении с прототипом является повышение выхода годных соединений г на 20% и расширение функциональных возможностей способа, а также улучшает качество соединения и позволяет проводить контроль качества соединения в процессе изготовления изделия. Неисправимый брак уменьшается при этом на 35%.

Данные по соотношению сигнал - шум - эхо сигнала преобразователя, измерен51

ные в соответствии с ГОСТ 23702-85, представлены в табл. 2.

Формула изобретения

Способ соединения керамических деталей, включающий размещение припоя между соединяемыми деталями, нагрев сборки до температуры, превышающей температуру плавления припоя и охлаждение, отличающий- с я тем, что, с целью повышения выхода годных пьезопреобразователей и качества соединения деталей из поля м

Ц2

50

3

о°Ь°,

°УО о

У////////777/

/////////

7 56

Фиг.1

6Й796

ризованной керамики ЦТС-19, металлизированной серебром, шов в сборке с избытком гранулированного припой герметизируют эластичным бандажом, после чего сборку помещают в жидкость, а после нагрева постепенно прикладывают давление в интервале Р(0,1 - 0-,5) РМОкс где требуемая толщина шва,; Рмакс - разрушающее давление для керамики ЦТС-19, причем одновременно оценивают качество соединения по отсутствию сигналов акустической эмиссии в указанном диапазоне давлений.

Таблица 1

10

15

Ц2

50

3

Utf

77/

/Г

О

2

Нч.

.№1ррф &

-I

1

г .

V --fr4

.ч ,% и 1

1 - ч а...- «Ч- « S -, -

-Х-,1 i,.,

/

Ъ . / J ; е

Ч « W ljiWWI t -

;,-М

# г. х- - ;

- ,, s

,

1 йг

. t

, , .

V- iV А л п J -

,. ,1.sCv,

t л

f -J

,t- &

,; - v ч - - «

- t i

. „, ,/../: vJferj4 itf

- . I . - ;: - r- - rffwfl «Чй Г: I

si щ, i

.;

v . . ,, ч r . ; . - , . v

Г О - ь

- ,,v/ « - v f r-, l

i . , - 3f

,

fc. nipJH,

, .j « ,; i. f, «ьЪл1

Фиг.2.УСоставитель Н.Соболева Редактор Е.Зубиетова Техред Л.Олийнык

Заказ 2815

Тираж 378

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и -открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Корректор М.Кучерявая

... Подписное