Способ соединения теплостойких материалов

 

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 полиэтилентереЛталатной 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 полиэтилентерефталатной пленки и наполнителя 0,4-0,6. 1 табл. U,

СОКИ СОВЕТСИИХ

РЕСГ1УБЛИН (gi)g С 09 J 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPHTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4431888/05 (??) ?5.05.88 (46) 23.04.91. Бюп. № 15 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро по криогенной технике с опытным производством йизикотехнического института низких температур АН УССР (72) Н.Н.Пренцлау, А.П.Бескорсый, Н.А.Кучерявенко, M.Н.Офицеров и Н.M.Ëåâ÷åíêî (53) 621.792.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР . № 783328, кп. С 09 3 5/06, 1978.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1106825, кл . С 09 J 5/02, 198?. (54) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ТЕПЛОСТОЙКИХ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к криогенной технике и может использоваться для соединения охлаждаемых до криогенных температур элементов с разними 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

„„SU„„1643583 А 1 (57) Изобретение касается склеивания теплостойких материалов, эксплуатируемых в условиях низких температур.

Цель изобретения — повышение надежности термоциклируемого до криогенных температур соединения материалов с различающимися температурными коэффициентами линейног0 расширения. Для этого размещают между соединяемыми поверхностями чередующиеся слои полиэтилентерефталатной пленки и наполнителя в виде гранул фторопласта или волокон асбеста или стекловолокна с размерами поперечного сечения 0,5

100 мкм, сжимают и нагревают материалы. Отношение слоев полиэтилентерефталатной пленки и наполнителя

0,4-0,6. 1 табл. 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 следуюг(им образом.

На одну из соединяемых поверхностей накладывают пленку в один или

1643583

При. соединении поверхностей сложной конфигурации (цилнндрических, 35 сферических и других) сложно размеcTHTb 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 полиэтилентерефталата и пропитки им напол50 нителя образуется эластичныи лист (толщиной 0,1-0,2 им) . Из этого листа вырезают прокладку необходимой конфигурации, разиещают ее между соединяемыми поверхностями. Возможна прокладка полиэтилентерефталатной

55 пленки толщиной менее 50 мкм по обе стороны пакета. Далее пакет подвергают термоабрабатке. несколько слоев полиэтилеИтерефталата, сверху на нее накладывают слой порошкового или волокнистого найолнителя, сверху на наполнитель снова накладывают пленку из полиэтилеите5 рефталата и т.д. до необходимой толщины. Сверху разиещают элеиент 2.

После сборки такого пакета соединение помещают в печь и прогревают до температуры выше Температуры плавления полиэтилентерефталата,т.е. до 250-285 С. Скорость нагрева

5 град/иин. После оплавления полиэтилентерефталата соединение выдерживают 15-80 мин. При этом расплавленный полиэтилентерефталат заполняет поры между гранулами или волокнаии наполнителя. После выдержки соединение охлаждают c0 cKopocThH 20

0,5-4 град/мин. Если наполнитель не сиачивается жидким полиэтилентерефталатои, образуется сотовая структура, сохраняющая эластичность при толщннах соединения более 50 мкм.

В качестве наполнителя .в сочетании с указанными может использоваться прокладка из эластичного материала типа стеклолакоткань. Поверхность такого материала должна смачиваться

- расплавленным полнэтилентерефталатои.

П р и и е р 1 (известный). Две ленты из медной фольги толщиной

О, 1 им соединяют пленкой из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) толщиной 10, 20 и 40 мкм соответственно. После остывания до коинатной теипературы соединение размещают в среде жидкого азота. Десятикратная деформация изгибам с радиусом изгиба 1 ми не приводит к разрушению соединения. Сохраняется эластичность соединения при криогенных температурах, Пример 2 (известный). Соединяют пластины площадью 2 см сле% дующими пленками ПЭТФ толщин 10, 20, 50, 100, 200 икм.

Сочетание пластин следующее:

Иедь-медь, радиокерамика-медь, медь-сплав Д16, медь-ситалл, сталь

12Х18Н9Т вЂ” .ситалл, ситалл-ситалл, плавленный кварц-плавленный кварц, оптическкй кварц-оптический кварц, ковар-кварц, иннар-кварц, латуньлатунь, медь-инвар, медь.-кварц и сплав Д16-ситалл.

Соединение, выполненное ПЭТФ толщиной 100 и 200 мкм, разрушается при первом охлаждении до кипящего азота. Разрушаются также соединения медь-ситалл, медь-кварц, сплав P16" ситалл. Остальные соединения не разрушаются после 200 циклов охлажденияотепления, Пример подтверждает целесообразность использования ПЭТФ толщиной до 50 мкм для соединения элементов, ТКЛР которых отличаются незначительно.

П р и и е р 3. Соединяют оптический кварц-медь: оптический кварцпластина площадью 100 см и иедь2 пластина 2 см (14х14х15) ми. На кварцевую пластину укладывают пленку

ПЭТФ, на нее слой фторопластоваго порошка, далее пластина ПЭТФ. Отношение высот слоев ПЭТФ и наполнителя 0,4. Соединение не разрушается после 100 циклов охлаждения-отепления. Толщина соединения 0,3 мм.

П р и и е р 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. тпг ина соединения 0,4 мм.

3583

45 ронка Аторопласта-4 или асбеста, 50

5 164 .П р и и е р 5. Соединение элементов согласно примеру 1. В качестве наполнителя - стекловолокно. Отноне.ние 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 порошка, накрытого слоем ПЗТФ, располагают слой стеклолакоткаии толщиной 0,15 мм, после этого снова располагают ПЭТФ, фторопластовый порошок ПЭТФ. Сверху размещают меднув пластину, После оплавления ПЭТФ проводят термоциклироваиие. Соединение выдерживает

100 циклов термоциклирования. Толщина соединения 0,7 мм.

Пример 7. Соединение элементов выполняют по примеру 6, однако в качестве наполнителя используют асбест. Соединение не разрушает.— ся после 100 циклов охлаждения-отепления. Т<мщина соединения 0,5 мм.

П р и и е р 8. Предварительно готовят лист путем пропитки полиэтилентерейталатом фторопластового порошка. Отношение толщин ПЭТФ и

Ьторопласта 0,5. Толщина листа 0,5 мм.

Из листа вырезают заготовки по размеру соединяемой медной пластины (15х15) 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 циклов термоциклирования;

Пример 10. Соединение выполняют согласно примеру 9. В качестве наполнителя используют смесь порошка

Лторопласт — асбест с объемным их содержанием 50 и 50Х. Соединение не разрушается после 100 циклов термоциклирования.

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

Пример 11 ° Соединяют медьситалл: ситалл-пластина площадью

10 см,а медь-пластина 2 см На ситалл укладывают пленку ПЭТФ толщиной 40 мкм, на нее — слой Фтороплас10

6 тового порошка, 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 ПЭТФ его охлаждают 2 ч. Соединение не разрушается после 100 циклов охлаждения до

77 К с последующим нагревом до температуры окружавщей среды.

П р и и е р 12. Соединяют медькарбид кремния. Условия те же, что и в примере 11, В качестве наполиителя используют асбест. Отношение высот слоев ПЭТФ и наполнителя 0,5.

Соединение не разрушается после

100 циклов охлаждения †отеплен (77 — 300 К).

Пример 13. Соединяют сплав

Ä16 — ситалл. Условия те же, что и в примере 11. В качестве наполнителя используют стеклонить. Отношение высот слоев ПЭТФ и наполнителя 0,6.

Соединения не разрушаются,после

100 циклов охлаждения-отепления (77—

300 К) .

Пример 14. Соединяют медьмедь, сплав Д16-медь, ситалл †плавленный кварц, сплав Д16-сплав Д16.

Соединяют пластины площадьв 2 см с общей пластиной площадьв 100 см .

На общую пластину накладывают слой

ПЭТФ, затем — слой Фторопластового порошка, затем — слой ПЭТФ и соединяемув пластину. Отношение высот слоев ПЭТФ и наполнителя 0,5. Режим нагрева и охлаждения такой же, как в примере 11. Соединения не разрушаются после 100 циклов охлажденияотепления (77 — 300 К).

Пример 15. Соединяют коварлатунь, инвер-латунь. На латунную пластину площадьв 100 см накладывают слой ПЭтФ пленки, затем слои поПЭТФ и соединяемые пластины. После оплавления и охлаждения соединения его подвергают циклическим термоударам 77 — 300 К. Соединение не разрушаются после 100 циклов охлаждения-отепления °

Формула из oбp ет ения

Способ соединения теплостойких материалов с помощьв полиэтилентереФталатной пленки, включающий подготовку поверхностей указанных материалов и полиэтилентерефталатной плен1643583 терефталатной пленки размещают поочередно со слоями наполнителя в виде гранул Ьторопласта 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.

Материал

ТКЛР, К (при температуре, К) Стандарт

ГОСТ 859-78

ГОСТ 4784-74 Медь безкислородная М1

Алюминиевый сплав Д16

Сталь 12Х18Н9Т

Латунь ЛС 59-1

ГОСТ 15527-70

ГОСТ 10994-74

ОСТ. 3-104-77

ОСТ 11 02790.10-75

0,45 ° 10 (300) 0,5 10

3 10

НО 1660-62

1,8 10

ГОСТ 5458-75

ГОСТ 10153-70

2,44 ° 10 (300) Составитель В.Балгин

Редактор Н.Рогулич Техред Л.Сердюкова

Корректор 0.1(ипле Заказ 1219 ТИраж 426 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101 ки, размецение последней между соединяемыми поверхностями, сжатие, нагрев с последующим охлаждением, о т л ич à ю шийся тем, что, с целью повышения надежности термоциклируемого дс криогенных температур соединения материалов с различающимися температурными коэффициентами линейного раснирения, слои полиэтиленИнвар

Сплав 36Н

Ковар Сплав 29НК

Ситалл оптический СО-115 М

Кварц плавленный

Стекло кварцевое электровакуумное С 5-1

Кварц оптический

Стекло кварцевое оптическое КИ

Радио к р амик а

Материалы керамические радиотехнические

Тип В, кл. I марки Ф-58

Карбид кремния

Иэделия карбидокремниевые

16, 7 10 (300)

8, 19 ° 10 (80)

2? «5 ° 10 6 (300) .

14, 9 ° 10" 6 (80)

16,7 ° 10 ь (300)

6,5 10 (80)

20,9 10 (300)

14,4, 10 (80)

2,61 ° 10 (300)

2,33 10 (80)

10 (300)