Припой для пайки конструкционной керамики

 

Использование: пайка конструкционной керамики на основе окиси алюминия, карбида и нитрида кремния. Сущность изобретения: припой содержит следующие компоненты, мас. % : хром - 21 - 24; церий 3 - 7; кремний - остальное. 1 табл.

Изобретение относится к пайке, в частности к составу припоя для соединения конструкционной керамики на основе окиси алюминия, карбида и нитрида кремния.

Известны припои для пайки керамики на металлической основе - меди, медь-титана, серебра и т. д. [1] .

Недостатком известных припоев является то, что соединения, паянные этими припоями, работоспособны до температуры 700^оС.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является припой на основе кремния для пайки конструкционной керамики, в состав которой входит один или несколько металлов (Fe, Au, Ni, Pd, Pt, Cr, Ti) - [2] .

В качестве прототипа выбран припой следующего состава, мас. % : 72,5 Si + 22,5 Cr + 5 Ni.

Прочность соединения керамики, паянного этим припоем, составляет 7 - 13 кг/мм².

Недостатком этого припоя является относительно низкая жаропрочность паяных соединений при температуре свыше 700^оС, не превышающая 30% прочности паяемой керамики.

Целью изобретения является повышение жаропрочности паяных соединений.

Поставленная цель достигается тем, что в известный припой, содержащий кремний и хром, в качестве упрочняющей добавки введен церий при следующем соотношении компонентов, мас. % : хром 21-24 церий 3-7 кремний остальное Церий обладает высокой активностью по отношению к кислороду, углероду, азоту, образуя с ними тугоплавкие соединения.

Введенный в припой церий активно взаимодействует с паяемой керамикой, образуя тугоплавкие интерметаллиды, которые, распределяясь в паяном шве, обеспечивают повышение жаропрочности.

Прочность соединения, паянного предлагаемым припоем системы Si-Cr-Ce, составляет 16-18 кг/мм² при температуре 1100^оС.

При содержании церия менее 3% не проявляется в полной мере эффект повышения жаропрочности паяных соединений, а содержание церия более 7% приводит к образованию большого количества интерметаллидов, что приводит к охрупчиванию соединения.

Таким образом, данный состав припоя придает паяному соединению новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "существенные отличия".

Получаемый припой можно использовать в виде порошка (измельчением слитка) или путем нанесения его на керамику методом термовакуумного испарения.

Пайку керамики предлагаемым припоем производят в вакуумных печах со степенью разрежения порядка 10^-5 мм рт. ст.

С целью проверки жаропрочности паяных соединений были изготовлены припои системы Si-Cr с минимальным, максимальным и оптимальным содержанием легирующей добавки (церия).

В качестве паяемого материала использовали керамику на основе карбида кремния марки ОТМ 912. Оценку качества пайки производили на стыковых образцах размером 6 х 6 х 25 мм.

Заданный состав припоя наносили на поверхность керамики методом магнетронного испарения. Толщина нанесенного слоя составляла 15-20 мкм.

Пайку производили в вакуумных печах при температуре 1360-1400^оС, остаточное деление 1 - 5˙10^-5 мм рт. ст.

Испытания спаянных стыковых образцов осуществляли путем 3-х точечного изгиба в вакууме при температуре 1100^оС.

Химический состав припоев и результаты механических испытаний паяных соединений в сравнении с известным припоем представлены в таблице.

Применение предлагаемого состава припоя для пайки конструкционной керамики обеспечивает повышение жаропрочности паяного соединения, что позволяет снизить вес паяемых узлов на 30-40% и значительно улучшить эксплуатационные характеристики.

Формула изобретения

ПРИПОЙ ДЛЯ ПАЙКИ КОНСТРУКЦИОННОЙ КЕРАМИКИ, содержащий кремний и хром, отличающийся тем, что, с целью повышения жаропрочности паяного соединения, он содержит церий при следующем соотношении компонентов, мас. % : Хром 21 - 24 Церий 3 - 7 Кремний Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2