Способ соединения теплостойких материалов Советский патент 1991 года по МПК C09J5/06 

Изобретение относится к криогенной технике и может использоваться для соединения охлаждаемых до кри- огенюгч температур элементов с разными коэффициентами температурного линейного расширения, например, крепления стоек, контактов, плат, крепежных банок, изоляторов, датчиков и, т.д. к шасси, основаниям, корпусам.

Цель изобретения - повышение надежности термоциклируемого до криогенных температур соединения.

Соединение элементов из материалов с различающимися значениями температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР), как правило, -менее надежно, чем соединение материалов с близкими значениями ТКЛР. В

данном способе этот недостаток устраняется .

Соединяемые материалы и значения их ТКЛР приведены в таблице.

В Качестве наполнителей используют гранулы (например, фторопластовый порошок) и гранулы, которые, в свою очередь, могут состоять из волокон с более тонким поперечным сечением (например, асбест) или волокна (могут, в принципе, нити, т.е. скрученные волокна). Толщина волокон порядка 0,5 мкм, а размер гранул выбирают не более 100 мкм.

Способ осуществляют следующим образом.

На одну из соединяемых поверхностей накладывают пленку в один или

а

4

00

ел

00 00

316

несколько слоев полиэтилейтерефта- лата, сверху на нее накладывают слой порошкового или волокнистого1 наполнителя, сверху на наполнитель снова накладывают пленку из полиэтиленте- рефталата и т.д. до необходимой толщины. Сверху размещают элемент 2. После сборки такого пакета соеди- некие помещают в печь и прогревают до температуры выше температуры плавления полиэтилентерефталата,т.е. до 250-285еС. Скорость нагрева 1 - 5 град/мин. После оплавления поли- этилентерефталата соединение выдер- кивают 15-80 мин. При этом расплавленный полиэтилентерефталат заполняет поры между гранулами или волокнами наполнителя. После выдержки соединение охлаждают со скоростью 0,5-4 град/мин. Если наполнитель не смачивается жидким полиэтилентере- фталатом, образуется сотовая структура, сохраняющая эластичность при толщинах соединения более 50 мкм

В качестве наполнителя в сочетании с указанными может использовать прокладка из эластичного материала типа стеклолакоткань. Поверхность такого материала должна смачиваться : расплавленным полиэтилентер.ефтала- том.

При соединении поверхностей сложной конфигурации (цилиндрических, сферических и других) сложно разместить на них пленку полиэтилентерефталата, на ней наполнитель, т.е. выполнить подготовленный для прогрева пакет. Это связано с необходимостью фиксировать наполнитель на поверхности пленки, а последнюю - на поверхности соединяемого элемента. Для облегчения соединения поверхности такой конфигурации наполнитель размещают между плоскими поверхностями пленки и проводят нагрев пакета при тех же режимах.

В результате оплавления полиэти- лентерефталата и пропитки им наполнителя образуется эластичный лист (толщиной 0,1-0,2 мм). Из этого листа вырезают прокладку необходимой конфигурации, размещают ее между соединяемыми поверхностями. Возможна прокладка полиэтилентерефталатной пленки толщиной менее 50 мкм по обе стороны пакета. Далее пакет подвергают термообработке.

5

0

5

0

5

Пример 1 (известный). Две ленты из медной фольги толщиной 0,1 мм соединяют пленкой из полиэти- лентерефталата (ПЭТФ) толщиной 10, 20 и 40 мкм соответственно. После остывания до комнатной температуры соединение размещают в среде жидкого азота. Десятикратная деформация изгибом с радиусом изгиба 1 мм не приводит к разрушению соединения. Сохраняется эластичность соединения при криогенных температурах.

Пример 2 (известный). Соединяют пластины площадью 2 см следующими пленками ПЭТФ толщин 10, 20, 50, 100, 200 мкм.

Сочетание пластин следующее:

Медь-медь, радиокерамика-медь, медь-сплав Д16, медь-ситалл, сталь 12Х18Н9Т - ситалл, ситалл-ситалл, плавленный кварц-плавленный кварц, оптический кварц-оптический кварц, ковар-кварц, инвар-кварц, латунь- латунь, медь-инвар, медь-кварц и сплав Д1б-ситалл.

Соединение, выполненное ПЭТФ толщиной 100 и 200 мкм) разрушается при первом охлаждении до кипящего азота. Разрушаются также соединения медь-ситалл, медь-кварц, сплав Д16- ситалл. Остальные соединения не разрушаются после 200 циклов охлаждения- отепления.

Пример подтверждает целесообразность использования ПЭТФ толщиной до 50 мкм для соединения элементов, ТКЛР которых отличаются незначительно.

Пример 3, Соединяют оптический кварц-медь: оптический кварц- пластина площадью 100 см и медь- пластина 2 см (14x14x15) мм. На кварцевую пластину укладывают пленку ПЭТЛ, на нее слой фторопластового порошка, далее пластина ПЭТФ. Отношение высот слоев ПЭТФ и наполнителя 0,4. Соединение не разрушается после 100 циклов охлаждения-отепления. Толг1ина соединения 0,3 мм.

Пример 4. Соединение элементов согласно примеру 3. В качестве наполнителя используют асбест. Отношение толщин ПЭТФ и наполнителя 0,5. Соединение не разрушается после 100 циклов охлаждения-отепления. тлпщина соединения 0,4 мм.

Пример 5. Соединение элементов согласно примеру 1. В качестве наполнителя - стекловолокно. Отношение высот ПЭТФ и наполнителя 0,6. Соединение выдерживает 100 циклов охлаждения. Толщина соединения 0,3 мм

Пример 6. Соединение элементов кварц-медь. После слоя ПЭТФ и фторопластового пороика, накрытого слоем ПЭТФ, располагают слой стеклолакоткани толщиной 0,15 мм, после этого снова располагают ПЭТФ, фторопластовый порошок ПЭТФ. Сверху размещают медную пластину. После оплавления ПЭТФ проводят термоцик- лирование. Соединение выдерживает 100 циклов термоциклирования. Тол- пина соединения 0,7 мм.

Пример 7. Соединение элементов выполняют по примеру 6, однако в качестве наполнителя используют асбест. Соединение не разрушается после 100 циклоп охлаждения-отепления. Толщина соединения 0,5 мм.

Пример 8. Предварительно готовят лист путем пропитки поли- этилентерефталатом фторопластового порошка. Отношение толщин ПЭТФ и фторопласта 0,5. Толщина листа 0,5 мм Из листа вырезают заготовки по размеру соединяемой медной пластины (15x15) мм. Между кварцевой и медными пластинами прокладывают с обоих сторон пластины пленку ПЭТФ толщиной. 12 мкм. Соединение осуществляют при указанном в описании режиме. Соединение выдерживает более 100 циклов термоударов.

Пример 9. Соединение выполняют согласно примеру 8, в качестве наполнителя используют асбест. Соединение не разрушается после 100 цилов термоциклирования.

Пример 10. Соединение выполняют согласно примеру 9. В качестве наполнителя используют смесь порошка фторопласт - асбест с объемным их содержанием 50 и 50%. Соединение не разрушается после 100 циклов термоциклирования.

В примерах 3-10 соединяют медные пластины к поверхности оптического кварца.

Пример 11. Соединяют медь- ситалл: ситалл-пластина площадью

10 см2.а медь-пластина 2

см

На ситалл укладывают пленку ПЭТФ толщиной 40 мкм, на нее - слой фтороплас

5

тового пороика, далее - пластина ПЭТФ. Отношение высот слоев ПЭТФ и наполнителя 0,4 (3 слоя ПЭТФ и 2 слоя порошка). Соединение нагревают 2 ч до 270°С, после оплавления ПЗТФ его охлаждают 2 ч. Соединение не разрушается после 100 циклов охлаждения до 77 К с последующим нагревом до температуры окружающей среды.

Пример 12. Соединяют медь- карбид кремния. Условия те же, что и в примере 11. В качестве наполнителя используют асбест. Отношение высот слоев ПЭТФ и наполнителя 0,5. Соединение не разрушается после 100 циклов охлаждения-отепления (77 - 300 К).

Пример 13. Соединяют сплав Д16 - ситалл. Условия те же, что и в примере 11. В качестве наполнителя используют стеклонить. Отношение высот слоев ПЭТД и наполнителя 0,6. Соединения не разрушаются после 100 циклов охлаждения-отепления (77 юо к).

Пример 14. Соединяют медь- медь, сплав Д1б-медь, ситалл-плав- ленный кварц, сплав Д16-сплав Д16. 0 Соединяют пластины площадью 2 см с общей пластиной площадью 100 смг. На общую пластину накладывают слой ПЭТФ, - слой фторопластового порошка, затем - слой ПЭТ и соединяемую пластину. Отношение высот слоев ПЭТЛ и наполнителя 0,5. Режим нагрева и охлаждения такой же, как в примере 11. Соединения не разрушаются после 100 циклов охлаждения- отепления (77 - 300 К).

Пример 15. Соединяют ковар- латунь, инвер-латунь. На латунную пластину площадью 100 см2 накладывают слой ПЭТЛ пленки, затем слои порошка фторопласта-4 или асбеста, ПЭТ и соединяемые пластины. После оплавления и охлаждения соединения его подвергают циклическим термоударам 77 - 300 К. Соединение не разрушаются после 100 циклов охлаждения-отепления .

Формула изобретения

5

0

5

0

Способ соединения теплостойких материалов с помощью полиэтиленте- рефталатной пленки, включакшщй подготовку поверхностей указанных материалов и полиэтилентерефталатной пленки, размещение последней между соединяемыми поверхностями, сжатие, нагрев с последующим охлаждением, о т л и- чающийся тем, что, с целью повышения надежности термоциклиру- емого дс криогенных температур соединения материалов с различающимися температурными коэффициентами линейного расширения, слои полиэтилен

терефталатной пленки размещают поочередно со слоями наполнителя в виде гранул фторопласта или волокон асбеста или стекловолокна с размерами поперечного сечения 0,5-100,0 мкм, при этом отношение толщин слоев полиэтилентерефталатной пленки и наполнителя выбирают в пределах 0,4-0,6.

Изобретение касается склеивания теплостойких материалов, эксплуатируемых в условиях низких температур. Цель изобретения - повышение надежности термоциклируемого до криогенных температур соединения материалов с различающимися температурными коэффициентами линейного расширения. Для этого размещают мелду соединяемыми поверхностями чередующейеся слои по- лиэтилентереЛталатной пленки и наполнителя в виде гранул фторопласта или волокон асбеста или стекловолокна с размерами поперечного сечения 0, 5 - 100 мкм, седмают и нагревают материалы. Отношение слоев полиэтилен- терефталатной пленки и наполнителя 0,4-0,6. 1 табл. U,

Стекло кварцевое электровакуумное С 5-1 Кварц оптический Стекло кварцевое оптическое КИ Радиокррамика Материалы керамические радиотехнические Тип В, кл. VI марки Ф-58 Карбид кремния Изделия карбидокремниевые

340

-6

-€

1,8 МО

2.44. (300)