Способ диффузионной сварки керамики из нитрида кремния со сталью

 

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 медновольфрамовым сплавом,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспуБлИк

5U 1676772 А1 (э1)э В 23 К 20/16

ГОСУДАРСТВЕН.ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

< МЙ00ВЗИМ ", . -, """"-ТЕЙН ЯВю.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ

КЕРАМИКИ ИЗ НИТРИДА КРЕМНИЯ СО

СТАЛЬЮ (57) Изобретение относится к диффузионной сварке и может быть использовано в электротехнической, электронной и авиационной. промышленности. Цель иэобре6 4 (л 4 4

ЬЭ (21) 4725451/27 (22) 01.08,89 . (46) 15.09.91. Бюл. йя 34 (71) Московский авиационный технологический институт им. К. 3. Циолковского (72)А. А. Жарких, В, А. Бачин, Л. И. Боброва, B. Ф, Попов и С. Н. Шубин (53) 621,791.66(088.8) (56) Заявка Японии 61-40878, 1983, N. 59—

162653 от 1986, кл. В 23 К 1/19.

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 металлиэированный слой на основе порошкообраэного молибдена, затем между свариваемыми поверхностями промежуточной прокладки, стали и керамики располагают прослойки соответственно иэ ванадия и меди. Детали сдавливают, нагревают и осуществляют изотермическую выдержку.

Повышение прочности соединения в контакте нитрида кремния с медневольфратения — повышение качества сварного соединения. Предварительно на свариваемую поверхность керамики наносят металлиэированный слой на основе порошкообразного молибдена. Между свариваемыми поверхностями промежуточной прокладки, Стали и керамики располагают прослойки соответственно иэ ванадия и меди, Детали сдавливают, нагревают и осуществляют изотермическую выдержку. Повышение прочности соединения обеспечивается уменьшением остаточнь х напряжений в зоне сварки, достигаемой эа счет формирования на поверхности керамики металлизированного слоя с КТР, близким к KTP керамики, а также использования пластичной прокладки в контакте керамики с медновольфрамовым сплавом, мовым сплавом достиг1ется благодаря размещению в контакте указанных материалов медной прокладки и формирования на поверхности керамики металлизацион ного слоя, состоящего из порошков молибдена (90 мас.$) и высокотемпературного стекла (10 мас. $), Состав стекла, мас.ь: S10z 51,5;

AlzOg 20; Са0 10; MgO 4; МпО 5,5; В20з 1,5;

Zr02 7,5.

При вжигании металлиэационного слоя частички молибдена взаимодействуют с нитридом кремния с образованием дисилицида молибдена Мой2.В отличие от хрупкого дисилицида вольфрама MoSlz обладает высокой прочностью и термостойкостью.

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

1676772

50 вступившие во взаимодействие с нитридом кремния частички молибденового порошка между собой и прочно соединяет весь слой с керамической деталью. Взаимодействие и смачиваемость стеклом металлического порошка и керамической подложки являются обязательным условием получения прочного соединения нитрида кремния с-металлиэационным покрытием, Применением прокладки из меди удается существенно снизить величину остаточных напряжений в зоне контакта металлизированная керамика-медновольфрамовый сплав, используя повышенную способность меди к релаксации возникающих напряжений. Кроме того, с медновольфрамовым 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 взаимодействует с 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 металлиэированного слоя с керамикой. B 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 перспективным 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

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

В качестве связующего использовали раствор нитроклетчатки в иэо-амилацетате.

Порошки молибдена и стекла перед добавлением связующего тщательно перемешивали s планетарной мельнице и в полученную смесь добавляли связующее в количестве, обеспечивающем получение пастообраэной консистенции. Полученную пасту перемешивали и наносили на соединяемую поверхность керамики кисточкой, шпателем, шелкографией и другими доступными способами. Расход пасты составлял около 0,1 r 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.

Иэ 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 изотерммческую 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 металлокерамического 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.

1676772

Формула изобретения

Составитель В.Петросян

Редактор Н.Федорова Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Заказ 3069 Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5

Производственно-издательский комбинат ".Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Способ диффузионной сварки керамики из нитридэ кремния со сталью, при котором между свариваемыми поверхностями деталей располагают промежуточную прокладку из медновольфрамового сплава, детали сдавливают, нагревают и осуществляют изотермическую выдержку, о т л и ч э ю щ ий с я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения, предварительно на свэриваемую поверхность керамики нэносят металлизировэнный слой нэ основе nv5 рошкообрэзного молибдена, э между свэривэемыми поверхностями промежуточной прокладки, стэли и керамики располагают прослойки соответственно из вэнэдия и меди.

Щ.