Способ склеивания разнородных электропроводящих материалов Советский патент 1992 года по МПК C04B37/02 

Изобретение относится к технологии склеивания различных материалов и может быть использовано в химической, электротехнической отраслях промышленности, черной и цветной металлургии.

Известен способ соединения углеродного композиционного материала с жаростойким металлическим материалом. Соединение проводят сваркой высококонцентрированным источником энергии, заполняя расплавом металлическую поверхность микрополость в стыке соединения материала, дуговой, лазерной или лучевой сваркой мощностью 104 Вт/см2.

Недостатком рассмотренного способа сочленения разнородных мате риалоа является технологическая сложность процесса соединения материалов, нестабильность свойств сварного соединения ввиду локального разогрева соединяемых материа- лов.

Известен способ соединен ия разнородных материалов путем сочетаний двух клеев - эластичного ,и хрупкого Эластичный клей наносят виде подслоя на склеиваемые поверхности и после выдержки клей термообрзбатывают, не соединяя поверхностей. Затем на отвержденный клей

™

наносят другой клей, поверхности соединяют и проводят отверждение по рекомендуемому режиму.

Недостатком рассмотренного способа соединения материалов является технологическая сложность и продолжительность процесса склеивания, заключающаяся в необходимости нанесения и отверждения при те мпературе первого слоя клея, а также невозможность использования такого способа при соединении разнородных материалов, работающих при повышенных температурах, т.к. эластичные клеи не являются термостойкими.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ соединения разнородных электро- проводящих материалов путем использования неорганических клеев, которые наносятся при комнатной температуре на очищенные поверхности склеиваемых материалов, соединяются друге другом, сушатся в естественных условиях; затем термообра- батываются по заданному режиму и медленно охлаждаются.

Недостатком рассмотренного способа соединения разнородных материалов является низкая стойкость к воздействию переменных температур в результате термических напряжений, возникающих из-за различия в КЛТР склеиваемых материалов и клея. Причем чем выше разница, feM в большей степени снижается прочность клеевых соединений при эксплуатации. В свою очередь это приводит к возрастанию электросопротивления на границах материал- клей и нестабильности электрических характеристик во времени.

Целью изобретения является увеличение адгезионной прочности, улучшение электрических характеристик и возрастание их стабильности во время эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что в способе соединения разнородных электропроводящих материалов, включающем нанесение клея на соединяемые поверхности склеиваемых материалов, соединение их друг с другом, выдержку в естественных условиях, термообработку и охлаждение, используют два вида электропроводящих клеев с различными КТР и соблюдают неравенство Ki К2 Кз , где KL «4 - КТР первого и второго соединяемых материалов; К2, Кз - КТР клеев, наносимых на первый и второй соединяемые материалы соответственно. Отличительными признаками является использование двух клеев, близких к подложке по КТР, на которые они наносятся.

Совокупность этих признаков позволяет повысить эксплуатационные характеристики клеевого шва, т.к. при склеивании двух разнородных материалов с использоЬ ванием сочетания двух клеев создается так называемый промежуточный буферный слой, который в значительной степени гасит термические деструкции, развиваемые в клеевых соединениях вследствие различия1

0 в коэффициенте линейного термического расширения (КЛТР).

В то же время на границах зон непосредственного склеивания материалов стойкость к термической деструкции резко

5 возрастает, ввиду оптимизации КЛТР двух клеев к каждой из подложек.

В этом случае неорганический электропроводящий клей приобретает некоторые свойства эластичных клеев, т.к.

0 каждая из пар, а именно: склеиваемый материал - клей функционирует как единая система. Принтом адгезионные свойства возрастают. Следует отметить, что отличительной способностью склеивания

5 электропроводящих материалов является сохранение высоких электрофизических свойств каждого из изделий, например электропроводности и т.д. Вследствие возрастания адгезионной прочности ввиду

0 увеличения качества склеивания, сопротивление системы склеиваемый материал (I) - клей (I) - промежуточный слой клей (I) + клей (II)- клей (И)-склеиваемый материал (II) уменьшается, а электропроводность

5 возрастает. Последнее, а также увеличение силы сцепления при склеивании сочетанием двух клеев приводит к увеличению стабильности электрофизических характеристик во времени, т.е. процессы старе0 ния, возникающие в клеях, резко замедляются.

Последовательность технологии склеивания заключается в следующем. Приготавливают два не органичебких

5 электропроводящих клея и наносят их на склеиваемые материалы; графит-медь графит-сталь; графит-алюминий, таким образом, чтобы КЛТР клея и склеиваемого изделия были близки между собой.

0 Затем соединяют внахлест подготовленные подложки, прижимают их так, чтобы толщина клеевого шва составляла 1 мм и выдерживают на воздухе в течение 10 суток. Затем склеенные образцы подвергают тер5 мообработке до 150°С и выше (до 300°С со скоростью подъема температуры 20 град./ч. По достижении заданных температур образцы медленно охлаждают и испытывают их механические и электрические свойства.

Перепад напряжения измеряютуниверсальным вольтметром В7-26 с помощью щупов, которые устанавливаются яа произвольных точках поверхностей склеиваемых материалов при подаче на них силы тока 2SO кА. Адгезионную прочность определяют на разрывной машине РМТ-250-2.

Сущность изобретения поясняется примерами.

Пример 1. Приготавливают два Электропроводящих клея с КЛТР соответственно 8,7-10 град 1 и 15, град , Затем на - зачищенные поверхности пластин из графита и меди наносят клей: на поверхность гра0

фитооой пластины наносят клей, имеющий КЛТР, равный 8,7 10е , а на медную, пластину - клей с КЛТР - 15,8-10° . Склеивание поверхностей площадью 1,0- 1,5 см2 производят внахлест под небольшим давлением сжатия. Далее образцы высушивают на воздухе в течение 10 сут, после чего их подвергают термообработке до 150°С со скоростью подъема температуры 20 град./ч. Часть образцов медленно охлаждают для определения свойств клеевого шва, другую часть - термообрабатывают последовательно до 200-300°С.

Использование: может быть использовано в химической, электротехнической отраслях промышленности, черной и цветной металлургии. Сущность изобретения: приготавливают два электропроводящих клея с и КЛТР соответственно 8 7-10б 15.8-10е . Затем на зачищенные по.- верхности пластин из графита и меди наносят клеи: на поверхность графитовой пластины наносят клей, имеющий КЛТР, равный или больше 8,7- 106 град , а на медную пластину-клей с КЛТР 15,8-10° . Склеивание поверхностей (1,0-1,5 см2) про- изводят внахлест при небольшом давлении сжатия, Затем образц ы высушивают на воздухе в течение 10 сут, последнего их подвергают термообработке до 150°С со скоростью подъема температуры 20°/ч. Часть образцов медленно охлаждают для определения свойств клеевого шва/другую часть термо- обрабатывают последовательно до 200- 300°С. Характерист-ики клеевого шва: перепад напряжения при токе 250 кА, после 12, 100 и 180 сут эксплуатации; мВ - соответственно 3,7; 9,5 и 19,7. Прочность При сдвиге клеевого шва - 4 МПа при 150°С. 1 табл. сл с

Характеристики клеевого шва следующие:

Перепад напряжения при 250 кА, мВ

Прочность при сдвиге клеевого шва при 150°С, МПа

Остальные примеры способы склеивания разнородных материалов аналогичны примеру 1. Примеры осуществления процесса сведены в таблицу.

Формул а изобретени я Способ склеивания разнородных элек- 30 тропроводящих материалов, включающий нанесение клея на соединяемые поверхно сти, соединение их одна с другой, выдержку в естественных условиях, термообработку и . 35

Характеристика склеиваемых материалов

Сутки эксплуатации 12 100 180

3,7

9,5 -19,7 4,0

охлаждение, отличающийся тем, что, с целью увеличения адгезионной прочности, улучшения электрических характеристик и возрастания их стабильности в о время эксплуатации, для склеивания используют два вида клеев с различными КТР, при этом соблюдают неравенство Ki К2 Кз К/1, где Ki, КА- КТР первого и второго соединяемых материалов, Ка, Кз - КТР клеев, наносимых на первый и второй соединяемые материалы соответственно.