Способ получения паяного соединения металла со стеклом

 

Способ может быть использован при изготовлении баллонов и других изделий электровакуумного производства. Предварительный подогрев производят после сборки. При этом осуществляют одновременно подогрев стеклянной детали от нагретой металлической до температуры выше температуры спайки. Охлаждают детали после предварительного подогрева в потоке защитного газа до потери ими красного свечения. Для деталей из молибденового сплава ЦМ2А и стекла марки С48-3 с использованием токов высокой частоты температуру предварительного подогрева берут 1300°С, а нагрева под спайку - l200oC. Способ позволяет снизить количество пузырей в стекле спая. Сокращается технологический брак баллонов и повышается надежность изделий. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться, в частности, при изготовлении изделий электровакуумного производства (ЭВП) типа баллонов из стеклянного цилиндра, спаянных с металлическими деталями. В таких изделиях помимо прочности спаи должны обладать герметичностью, что во многом определяется отсутствием пузырей в стекле спаянного соединения.

Технологически применяют различные приемы подготовки деталей под спайку, однако проблема остается и в производстве наблюдается технологический брак.

За прототип взят способ получения паяного соединения металла со стеклом (SU 1587023, МПК 6 C 03 C 27/02, 23.08.90), при котором задача обеспечения теплового режима удаления газов, растворенных в металле, непосредственно перед нагревом под спайку, решается посредством предварительной термообработки металлической детали при температуре выше температуры спаивания, что приводит к частичному снижению количества пузырей в стекле спая.

Недостатками прототипа являются отсутствие условий удаления газов из стекла при предварительной термообработке, а также отсутствие критериев степени охлаждения после предварительной термообработки и степени предварительного подогрева и нагрева под спайку конкретных пар (металл - стекло). Возможность дополнительного газоотделения из стекла при охлаждении после высокотемпературного нагрева описана, например, в книге Лебединского М.А. (Электровакуумные материалы. М.-Л.: Госэнергоиздат. 1956, 336 с.).

Задача изобретения - обеспечить снижение количества пузырей в стекле спая.

Поставленная задача достигается снижением газосодержания в металле и стекле непосредственно перед спаиванием деталей и оптимизацией режимов предварительного подогрева и нагрева под спайку.

Общие признаки с прототипом: подготовка деталей и их сборка, предварительный подогрев металлической детали до температуры, превышающей температуру нагрева под спайку, ее охлаждение, последующий нагрев деталей в среде защитного газа до температуры спайки, выполнение спайки путем формирования спая натеканием размягченного стекла на металлическую деталь и выдержки деталей при температуре спайки, охлаждение деталей. Отличительные признаки: предварительный подогрев производят после сборки, при этом осуществляют одновременно подогрев стеклянной детали от нагретой металлической детали, а охлаждают детали после предварительного подогрева в потоке защитного газа до потери ими красного свечения, дается конкретная температура предварительного подогрева и нагрева под спайку пары: сплав ЦМ2А - стекло С48-3.

Для реализации способа выполняют следующие операции.

1. Подготавливают сборку деталей в манипуляторе. 2. Включают подачу защитного газа. 3. Нагревают металлическую деталь до температуры предварительного подогрева и от нее подогревают стеклянную деталь. 4. Охлаждают детали до потери ими красного свечения. 5. Нагревают детали и формируют спай. 6. Выдерживают необходимое время и охлаждают спай в потоке защитного газа.

Изобретение поясняется схемой (фиг. 1). Режимы нагрева под спайку металла со стеклом по прототипу (а) и по предлагаемому изобретению (б) и фотографией пузырей (фиг. 2).

Способ проверен практически при изготовлении изделий электровакуумного производства.

Пример. Изготовили 40 штук спаев цилиндра из стекла марки С48-3 с колпачком диаметром 25 мм из листового молибденового сплава (толщина листа 0,8 мм) ЦМ2А. Нагрев молибдена выполняли методом ТВЧ, стекла - от разогретого колпачка.

Эффективность предложенного способа спайки, т.е. режимов подогрева и нагрева молибдена и стекла, проверяли в сравнении по количеству пузырей в паяном соединении "под стеклом", натекающем на лезвие кольцевой детали-колпачка. Сравнивали влияние на отклик (число пузырей) шести факторов, обуславливающих подготовку деталей (колпачок и цилиндр из стекла) под спайку и режимы спайки. Выполнен активный эксперимент путем планирования эксперимента в виде ДФЭ27-4, т.е. 8 опытов (23), где каждый из семи факторов варьировался на двух уровнях, не повторяясь в каждом опыте. Количество пузырей как сумму подсчитывали на наружном пояске спая (фиг. 2) и внутреннем. Осмотр выполняли визуально при увеличении 15 на стереоскопическом микроскопе МБС-2. Подсчитывали количество пузырей в 5-ти спаях каждого опыта, находили среднее значение и среднеквадратичное отклонение. Путем математической обработки результатов оценивали: воспроизводимость опытов по критерию Кохрена (подтверждается), значимость коэффициентов предполагаемой математической модели по критерию Стьюдента, адекватность модели подтвердили по критерию Фишера.

В результате найдена ДСГФ (действительно существенная группа факторов) по влиянию в совокупности на отклик (число пузырей): фактор X3 - способ подогрева молибдена и стекла и X4 - температура нагрева перед натеканием стекла на лезвие колпачка. Уравнение регрессии имеет вид: Y (число пузырей) = 6,58+3,98X3 + 3,21X4.

Варьирование этих факторов выполнено на уровнях, показанных в таблице.

Остальные пять факторов не входят в математическую модель, т.к. значения их коэффициентов незначимы. Это: влажность воздуха; способ обработки поверхности лезвия (резцом или с дополнительной электрополировкой); направление подачи защитного газа аргона в рабочий объем, где нагревается сборка (снизу или снизу и сверху); встряхивание сборки после прогрева (или без встряхивания); осушка аргона или без осушки.

Интерпретация модели показывает, что пузырей в спае меньше, если подогрев (X3) выполнять на нижнем уровне, то же и нагрев (X4) на нижнем уровне, тогда Y стремится к нулю.

Это и подтверждает эффективность предлагаемого способа.

Технический результат реализации предлагаемого способа заключается в возможности сокращения технологического брака по пузырям в спае изделий электровакуумного производства и экономии дефицитного и дорогого металла и стекла. Практически невозможно обеспечить спайку изделий целой промышленной партии непосредственно сразу после возгонки металлических деталей. Они какое-то время хранятся в цеховых условиях, на их поверхности неизбежно адсорбируются газы, влага. То же происходит и на поверхности стеклянных деталей. Нагрев же под спайку без предварительного удаления проникающих в металл и стекло газов приводит к их растворению и выделению при последующем охлаждении, формированию зародышей пузырей на поверхности металлической детали и росту пузыря в стекле.

Превышение температуры подогрева tп над Tн является как бы тренировкой растворимости газов, но и их эффективного удаления за счет охлаждения после подогрева и дополнительной возгонки.

Предлагаемый способ способствует и повышению надежности изделий ЭВП за счет меньшего объема остаточных газов в металле и стекле, которые при эксплуатации могут скапливаться в коллекторах структуры, повышая внутреннее давление и напряжения в материале.

Надежность изделий повышается также за счет снижения рекристаллизации металла, т.к. сокращается число повторной спайки с целью устранения пузырей в спае.

Формула изобретения

1. Способ получения паяного соединения металла со стеклом, включающий подготовку деталей и их сборку, предварительный подогрев металлической детали до температуры, превышающей температуру нагрева под спайку, ее охлаждение, последующий нагрев деталей в среде защитного газа до температуры спайки, выполнение спайки путем формирования спая натеканием размягченного стекла на металлическую деталь и выдержки деталей при температуре спайки, охлаждение деталей, отличающийся тем, что предварительный подогрев производят после сборки, при этом осуществляют одновременно подогрев стеклянной детали от нагретой металлической детали, а охлаждают детали после предварительного подогрева в потоке защитного газа до потери ими красного свечения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выполняют спайку деталей из молибденового сплава ЦМ2А и стекла марки С48-3, при этом токами высокой частоты производят предварительный подогрев до температуры 1300oС, а нагрев под спайку - до температуры 1200oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области нанесения антикоррозионных покрытий на внутреннюю поверхность металлической трубы, применяемой для химической, нефтяной и иных отраслей промышленности

Изобретение относится к технологии изготовления металлостеклянных изделий, преимущественно для электротехнической промышленности, предназначенных для эксплуатации в условиях повышенных электрической и механической нагрузки, таких как штеккерные соединения, разъемы, гермовводы, проходные изоляторы и т.п

Изобретение относится к промышленности стройматериалов, конкретно к стекольному производству, а именно к технологии анодного соединения структур типа кремний-стекло, используемых преимущественно при изготовлении мембранных чувствительных элементов датчиков, например акселерометров, малых диапазонов измерений

Изобретение относится к промышленности стройматериалов, к стекольному производству , в частности к технологической оснастке для получения спаев металла и стекла , и может быть использовано при изготовлении различных стеклометаллических термовыводов и изделий электротехнической и электронной промышленности

Изобретение относится к технологии изготовления металлостеклянных узлов с вакуумплотными спаями и может быть использовано в приборостроении, например при изготовлении электрических изоляторов и гермовводов

Изобретение относится к промышленности строительства, к стекольному производству, к технологии анодного соединения структур типа кремнийстекло, используемых преимущественно при изготовлении мембранных чувствительных элементов датчиков давления, акселерометров

Изобретение относится к строительной технике и предназначено для использования в несущих конструкциях в строительстве, судостроении, авиастроении и других отраслях промышленности

Изобретение относится к строительной технике и предназначено для использования в несущих конструкциях в строительстве, гидротехнике, судостроении, авиастроении

Изобретение относится к изготовлению труб из стеклокомпозита для химической, нефтяной и других отраслей промышленности

Изобретение относится к строительной технике. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности и ударостойкости стеклометаллокомпозита. Способ изготовления стеклометаллокомпозитного стержня включает размещение стеклянного стержня в твердом состоянии в металлическом стакане. Предварительно поверхность стеклянного стержня химически очищают, а поверхность полости металлического стакана формируют получистовым точением. Осуществляют последующий нагрев описанной сборки до температуры размягчения материала стеклянного стержня. Затем к верхнему торцу стеклянного стержня прикладывают давление в направлении дна стакана посредством поршня из металла. В процессе передачи давления на торец стеклянного стержня обеспечивают отвод воздуха из сборки. Выдержку изделия при верхней температуре отжига задают из выражения t=150a2, мин, где t - время выдержки, мин; a - полутолщина наиболее толстой части изделия, см. Охлаждают изделие до нижней температуры отжига со скоростью, которую задают из выражения w=(0,33-1,3)/a2 град/мин. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к созданию герметичного соединения изделия из стекла с металлом. Технический результат изобретения заключается в повышении точности и надежности соединения металлических анодов с ситалловым блоком электродов при изготовлении кольцевого лазерного гироскопа. Способ включает установку металлической детали на стеклокерамическом блоке, создание валика между соединяемыми поверхностями путем напыления нагретого металлического порошка под углом 75-90° к плоскости поверхности. Напыление порошка проводят при температуре 150-180°С в течение 8-10 мин.

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться, в частности, при изготовлении изделий электровакуумного производства типа баллонов из стеклянного цилиндра, спаянных с металлическими деталями

Наверх