Способ диффузионной сварки монокристаллов корунда

(51) 4 В 23 К 20/16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ УЙ1Нва ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ МОНО- КРИСТАЛЛОВ КОРУНДА(57) Изобретение относится к сварке давлением с подогревом,в частностик.диффузионной сварке, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для соединения моно- кристаллов корунда. Целью изобретения является повышение качества сварного соединения. Предварительно на свариваемых поверхностях соединяемых деталей из монокристаллического корунда образуют поликристаллическийслой толщиной 1,5-2 мкм путем их обработки абразивом - вначале карбидом бора,а затем алмазом. Соединяемые детали совмещают свариваемыми поверхностями и устанавливают в нагревательную печь. Детали нагревают дотемпературы выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры плавления, сжимают и осуществляют изотермическую вьдержки. Затем зону соединения перемещают в области нагрева с градиентом температуры 200 -400 град./см со скоростью 10-150 мм/чи охлаждают. Во время нагрева благодаря процессам первичной и вторичной рекристаллизации, поликристаллическая прослойка исчезает, т.е. исчезает граница раздела и тем самымповышается качество сварного соединения.1 13Изобретение относится к сварке дав-лением с подогревом, в частности кдиффузионной сварке, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для .соединения монокристаллов корунда.Целью изобретения является повыше ние качества сварного соединения.Способ осуществляют следующим образом.Предварительно на свариваемых поверхностях .соединяемых деталей из мо.нокристаллов корунда образуют поликристаллический слой толщиной 1,5 -. 2 мкм путем их обработки абразивом;вначале карбидом бора с размером зерна М 40, М 24 и М 14, а затем алмазомАСМ 7/5 и АСМ 5/3,Соединяемые детали совмещают свариваемыми поверхностями, устанавливают в нагревательную печь, нагревают выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры плавления,сжимают и осуществляют изотермическую выдержку. Затем зону соединенияперемещают вобласти нагрева с градиентом температуры 200-400 град./смсо скоростью 10-150 мм/час, послечего детали охлаждают до комнатной.Благодаря поликристаллическойпрослойке толщиной 1,5- 2 мкм, образуемой на свариваемых поверхностяхдеталей из монокристаллов корунда,.и иэотермической выдержке при температуре выше температуры рекристаллизации в зоне соединения образуетсяоднородный мелкозернистый поликристаллический слой, что свидетельствует о равномерности протекания первичной рекристаллиэации по толщиневсего слоя. В процессе дальнейшегоперемещения зоны соединения в области нагрева с градиентом температуры 200-400 град./см со скоростью10-150 мм/ч происходит процесс вторичной рекристаллизации, в результате которой поликристаллическая прослойка исчезает и образуется единыймонокристалл, при этом прочность соединения достигает уровня прочностиосновного материала.При толщине поликристаллическогослоя больше 2 мкм нарушается одно.родность поликристаллической прослойки, в ней появляются аномально больщие зерна, затрудняющие в дальнейшемйротекание процесса вторичной рекристаллиэации и снижающие качество сварного шва,. а при толщине меньше. 2 мкм15199 2 35 40 50 55 5 Ю 15 20 в процессе нагрева сразу происходит процесс вторичной рекристаллизации, и поликристаллическая прослойка исчезает до создания общих зерен,Технологические параметры процесса (температура. нагрева, скорость перемещения в области нагрева с градиентом температуры и его величина) связаны сложной функциональной зависимостью: чем выше температура проведения процесса, тем выше подвижность межзеренных границ,при этом скорость перемещения может быть увеличена, а величина осевого градиента температуры уменьшена, так как подвижность границы проявляется при меньших термоупругих напряжениях и, наоборот, снижение температуры процесса требует уменьшения скорости перемещения (т.е. увеличения времени нахождения эоны соединения в градиентной области) и увеличения градиента температуры. При скорости перемещения ниже 10 мм/ч и градиенте температуры ниже 200 град./см создается грубоэернистая неоднородная структура поли- кристаллической прослойки, так называемая островная разнозернистость,при которой отношение площадей различных зерен в поликристаллическойпрослойке может достигать 1:10. Нали. чие такой неоднородной поликристаллической прослойки резко снижает возможность ее монокристаллизации в процессе вторичной рекристаллизации и,как следствие, приводит к снижению качества и прочностных характеристиксварного шва. При скорости перемещения выше150 мм/ч и градиенте температуры400 град,/см возникают термоупругиенапряжения, величина которых оказывается выше предела прочности материала свариваемых деталей - они растрескиваются в процессе сварки.П р и м е р . Изготавливали тигель с наружным диаметром 8 мм и высотой 40 мм,Тигель изготавливали из двух деталей - монокристаллической трубки из монокристаллического корунда, выращенной методом Степанова, с наружным диаметром 8 мм и толщиной стенки 1 мм, и донышка в виде диска из монокристаллического корунда диаметром 8 мм и толщиной 1 мм.Формула изобретения Составитель Т, ОлесоваТехред М,Моргентал Корректор Л,Патай Редактор В. Данко Заказ 2243/12 Тираж 975 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская набд. 4/5,Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 3 13151Один из торцов трубки и одну из поверхностей диска обрабатывали свободным абразивом следующим образом: на первом этапе карбидом бора, изменяя размер зерен в следующем порядке: М 40, М 24, М 14, На конечной стадии поверхности обрабатывали алмазом с постепенно уменьшающимся размером зерен АСМ 7/5, 5/3, После такой обработки в приповерхностных слоях моно кристаллов образовывался поликристаллический слой толщиной до 2 мкм.Трубку и диск совмещали по свариваемым поверхностям и помещали в ин. дуктор установки Донец. Камеру герметиэировали и осуществляли нагрев деталей и до 1850 С. После достижения заданной егемпературы с помощью рабочих штоков установки детали сжимали усилием 1,5 кг/мм и осуществляли изотермическую вьдержку в течение1,5 ч для прохождения процесса рекристаллизации и образования общих зерен на контактной поверхности. После изотермической вьдержки зону соединения перемещали в области нагрева с градиентом температуры 350 град,/см со скоростью 100 мм/ч с последующим 99 4охлаждением образца до комнатной температуры.Механические испытания показали,что прочностные характеристики сварного соединения равны характеристикам основного материала,Способ диффузионной сварки моно- кристаллов корунда через поликристаллическую промежуточную прослойку, при котором свариваемые детали нагревают выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры плавления, сжимают и осуществляют изотермическую вьдержку на стадии формирования физического контакта, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения прочности сварного соединения, поликристаллическую прослойку образуют предварительно на каждой из свариваемых поверхностей толщиной 1,5 2 мкм, а после изотермической выдержки зону соединения перемещают в области нагрева с градиентом температу-ры 200-400 град,/см со скоростью 10 -150 мм/ч.