Способ диффузионной сварки керамики из нитрида кремния со сталью

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 1676772 А еспуБлИк 3 К 20 16 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ й технологичеовскогоЛ, И, Боброва,1983, Ь ФУЗИОНной СВАРКИ ТРИДА КРЕМНИЯ СО(54) СПОСОБ ДИФ КЕРАМИКИ ИЗ Н СТАЛЬЮ (57) Изобретение о ной сварке и може электротехническо ционной. промышл носится к диффузион быть использовано в , электронной и авиа нности. Цель изобре Изоб ной свар электроте онной прЦель ва сварноСпосо ом ГОСУДАРСТВЕН ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Московский авиационнский институт им. К. Э, Цио(56) Заявка Японии 61-408162653 от 1986, кл. В 23 К 1 етение относится к диффузионе и может быть использовано внической, электронной и авиацимышленности.зобретения - повышение качесто соединения,б осуществляется следующим обПредварительно 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 остаточных напряжений в зоне сварки, достигаемой за счет формирования на поверхности керамики металлизированного слоя с КТР, близким к КТР керамики, а также использования пластичной прокладки в контакте керамики с медновольфрамовым сплавом,мовым сплавом достиг 1 ется 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, оь: 310 г 51,5; АгОз 20; СаО 10; МдО 4: МпО 5,5: ВгОз 1,5; УгОг 7,5.При вжигании металлиэационного слоя частички молибдена взаимодействуют с нитридом кремния с образованием дисилицида молибдена Мо 9 г.В отличие от хрупкого дисилицида вольфрама МоЯг обладает высокой прочностью и термостойкостью.Параллельно с образованием дисилицида молибдена в зоне контакта протекает диффузионный процесс миграции размягченной стеклофазы, которая скрепляет не50 вступившие во взаимодействие с нитридомкремния частички молибденового порошкамежду собой и прочно соединяет весь слойс керамической деталью, Взаимодействие исмачиваемость стеклом металлического порошка и керамической подложки являютсяобязательным условием получения прочного соединения нитрида кремния с-металлиэационным покрытием,Применением прокладки из медиудается существенно снизить величинуостаточных напряжений в зоне контактаметаллизированная керамика-медновольфрамовый сплав, используя повышеннуюспособность меди к релаксации возникающих напряжений. Кроме того, с медновольфрамовым сплавом медь образуетнепрерывный ряд твердых растворов, чтообеспечивает плавное и непрерывное изменение состава и свойств в зоне контактамедной прокладки со сплавом. С другой стороны, медь, являясь диффузионно подвижным элементом, активно взаимодействует сметаллизационным слоем керамики, способствуя образованию прочного соединения.Компоненты металлизированного Слоя -магний, алюминий, кремний и др, обладаютбольшой диффузионной подвижностью впроцессе сварки. Имеет место понижениеконцентрации магния на границе контактаметаллизированного слоя с медью и повышение.ее на границе металлиэированногослоя с керамикой. В отличие от магния алюминий диффундирует как в узкую область награнице металлизированного слоя с медью,так и в пограничную с керамикой область.Введением прокладки ванадия междусплавом и сталью достигается более плавное изменение величины коэффициентатермического расширения в направлении откерамики к стали и, следовательно, обеспечивается более низкий уровень напряженийв контакте соединяемых материалов, С другой стороны, ванадий является перспективным материалом и с точки зренияметаллургии процессов в контакте материалов: ванадий образует непрерывный рядтвердых растворов с основными компонентами медновольфрамового сплава и стали -вольфрамом и железом соответственно и необразует с ними охрупчивающих сварнойшов интерметаллидных соединений.Пример,Соединяли нитрид кремния со сталью65 Г.Подлежащие соединению поверхностикерамики и стали шлифовали и очищали отзагрязнений. На соединяемую поверхностькерамики наносили слой пасты, состоящий 5 10 15 20 25 30 35 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 в 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 г 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 О,Э 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.ПетросянРедактор 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, 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 по рошкообрэзного молибдена, э междусвэривэемыми поверхностями промежуточной прокладки, стэли и керамики располагают прослойки соответственно из вэнэдия и меди.Щ.