Способ диффузионной сварки керамики из нитрида кремния со сталью Советский патент 1991 года по МПК B23K20/16 

Изобретение относится к диффузионной сварке и может быть использовано в электротехнической, электронной и авиационной промышленности.

Цель изобретения - повышение качества сварного соединения.

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно на свариваемую поверхность керамики наносят металлизированный слой на основе порошкообразного молибдена, затем между свариваемыми поверхностями промежуточной прокладки, стали и керамики располагают прослойки соответственно из ванадия и меди. Детали сдавливают, нагревают и осуществляют изотермическую выдержку.

Повышение прочности соединения в контакте нитрида кремния с медневольфрамовым сплавом достигается благодаря размещению в контакте указанных материалов медной прокладки и формирования на поверхности керамики металлизационного слоя, состоящего из порошков молибдена (90 мас.%) и высокотемпературного стекла (10 мас.%), Состав стекла, мас.%: SiOa 51,5; А 20з20; CaO 10;Mg04; МпО 5,5; В20з1,5; Zr02 7,5.

При вжигании металлизационного слоя частички молибдена взаимодействуют с нитридом кремния с образованием дисили- цида молибдена MoSte.B отличие от хрупкого дисилицида вольфрама MoSte обладает высокой прочностью и термостойкостью.

Параллельно с образованием дисилицида молибдена в зоне контакта протекает диффузионный процесс миграции размягченной стеклофазы, которая скрепляет не

Qs XI ON ч| XI Ю

вступившие во взаимодействие с нитридом кремния частички молибденового порошка между собой и прочно соединяет весь слой с керамической деталью. Взаимодействие и смачиваемость стеклрм металлического порошка и керамической подложки являются обязательным условием получения прочного соединения нитрида кремния с металли- зационным покрытием.

Применением прокладки из меди удается существенно снизить величину остаточных напряжений в зоне контакта металлизированная керамика-медновольф- рамовый сплав, используя повышенную способность меди к релаксации возникающих напряжений. Кроме того, с медноволь- фрамовым сплавом медь образует непрерывный ряд твердых растворов, что обеспечивает плавное и непрерывное изменение состава и свойств в зоне контакта медной прокладки со сплавом. С другой стороны, медь, являясь диффузионно подвижным элементом, активно взаимодействуете металлизационным слоем керамики, способствуя образованию прочного соединения.

Компоненты металлизированного Слоя - магний, алюминий, кремний и др. обладают большой диффузионной подвижностью в процессе сварки. Имеет место понижение концентрации магния на границе контакта металлизированного слоя с медью и повышение ее на границе металлизированного слоя с керамикой. В отличие от магния алюминий диффундирует как в узкую область на границе металлизированного слоя с медью, так и в пограничную с керамикой область.

Введением прокладки ванадия между сплавом и сталью достигается более плавное изменение величины коэффициента термического расширения в направлении от керамики к стали и, следовательно, обеспечивается более низкий уровень напряжений в контакте соединяемых материалов. С другой стороны, ванадий является перспектив- кым материалом и с точки зрения металлургии процессов в контакте материалов: ванадий образует непрерывный ряд твердых растворов с основными компонентами медновольфрамового сплава и стали - вольфрамом и железом соответственно и не образует с ними охрупчивающих сварной шов интерметаллидных соединений,

Пример.

Соединяли нитрид кремния со сталью

65Г.

Подлежащие соединению поверхности керамики и стали шлифовали и очищали от загрязнений. На соединяемую поверхность керамики наносили слой пасты, состоящий

из порошков молибдена и высокотемпературного стекла с размером зерен 1-5 мкм и связующего. На одну весовую часть стекла брали 9 вес. порошкообразного молибдена.

В качестве связующего использовали раствор нитроклетчатки в изо-амилацетате. Порошки молибдена и стекла перед добавлением связующего тщательно перемешивали в планетарной мельнице и в

полученную смесь добавляли связующее в количестве, обеспечивающем получение пастообразной консистенции. Полученную пасту перемешивали и наносили на соединяемую поверхность керамики кисточкой, шпателем, шелкографией и другими доступными способами. Расход пасты составлял около 0,1 г на 1 см поверхности керамики.

Керамику с нанесенной на ее поверхность пастой выдерживали при 523 К в течение 2 ч в сушильном шкафу, затем помещали в электрическую печь типа СГВ, которую заполняли формир-газом и медленно нагревали до 1573 К. Выдерживали при этой температуре в течение 30 мин, после чего медленно охлаждали до 323-343 К.

Из листов меди толщиной 0,3 мм, ванадия толщиной 0,5 мм и медновольфрамового сплава толщиной 0,8 мм вырезали

прокладки по форме соединяемых поверхностей, очищали их от загрязнений и помещали на свариваемую поверхность стального образца в следующей последовательности: сталь - (ванадий - медновольфрамовый сплав - медь). Керамическую деталь с металлизированным слоем и металлическую деталь с прокладками собирали с помощью сварочного приспособления, фиксируя их в таком положении, которое они.

должны занимать после сварки. Собранный узел помещали в камеру сварочной установки, которую вакуумировали, а затем заполняли инертным газом - азотом. Нагревали сборку со скоростью 10 К/мин до 1050°С и

сдавливали усилием, обеспечивающим удельное давление сжатия 10 МПа.Производили изотермическую выдержку под давлением в течение 30 мин. Охлаждали соединенные детали со скоростью 5 К/мин

до 313 К. Развакуумировывали камеру установки и извлекали сварное изделие.

Механические испытания показали, что прочность полученного металлокерамиче- ского соединения на сдвиг составляет 180 МПа. Соединение выдержало без нарушения вакуумной плотности 18 термоциклов при термообработке по режиму: нагрев до 813 К со скоростью 15 град/мин и охлаждение вместе с печью.

Формула изобретения

Способ диффузионной сварки керамики из нитрида кремния со сталью, при котором между свариваемыми поверхностями деталей располагают промежуточную прокладку из медновольфрамового сплава, детали сдавливают, нагревают и осуществляют изотермическую выдержку, отличающиo

и с я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения, предварительно на свариваемую поверхность керамики наносят металлизированный слой на основе порошкообразного молибдена, а между свариваемыми поверхностями промежуточной прокладки, стали и керамики располагают прослойки соответственно из ванадия и меди.

Изобретение относится к диффузионной сварке и может быть использовано в электротехнической, электронной и авиационной промышленности, Цель изобретения - повышение качества сварного соединения. Предварительно на свариваемую поверхность керамики наносят металлизированный слой на основе порошкообразного молибдена. Между свариваемыми поверхностями промежуточной прокладки, Стали и керамики располагают прослойки соответственно из ванадия и меди, Детали сдавливают, нагревают и осуществляют изотермическую выдержку. Повышение прочности соединения обеспечивается уменьшением остаточных напряжений в зоне сварки, достигаемой за счет формирования на поверхности керамики металлизированного слоя с КТР, близким к КТР керамики, а также использования пластич- g ной прокладки в контакте керамики с мед- новольфрамовым сплавом,