Металлокерамический узел

(5)5 С 04 В 37/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМИ ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Днепропетровский государственный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией(54) МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИИ УЗЕЛ (57) Изобретение относится к технике соединения разнородных материалов, в частности соединения металла с керамикой, и может найти применение в приборостроительной, радиоэлектронной и электронной промышленности. Цель изобретения - увеличение термомеханических характеристик узла и обеспечение надежного электрического контакта между металлом и керамикой. Металлокерамический узел состоит из наружного металлического цилиндра 1, ке:) ЯО1 698228 А 1 рамического цилиндра 2, внутреннего металлического цилиндра 3 и зазоров 4, Для каждой пары контактирующих цилиндров внутренняя, из контактирующих поверхностей выполнена с выступом, а внешняя - с ответным углублением, причем выступ и углубление в сечении имеют форму одного иль нескольких усеченных конусов с общей вершиной, лежащей на оси узла, причем между поверхностями контактирующих цилиндров в сечении параллельно оси имеются зазоры величиной не менее д, при дТ Т-О/2 ехр(3 ам ( Т ) бТ ) - ехр (3 а ( Т ) хТо То х бТ, где О - диаметр металлического цилиндра на уровне сечения, расгюложенного на границе металла с неметаллом и параллельно оси узла; Т-Т - рабочий интервал температур;а,а - соответственно коэффициент температурного расширения металла и керамики. Металлокерамический узел имеет высокие термомеханические характеристики при 1000-1200 С. Контакт между керамикой не нарушается при пятикратном нагреве до 1 ООО С. 1 ил.Изобретение относится к технике соединения разнородных материалов, в частности соединения металла с керамикой, и может найти применение в приборостроительной, радиоэлектронной и электронной промышленности.Цель изобретения - увеличение термамеханических характеристик узла и обеспечение надежного электрического контакта между металлом и керамикой.На фиг.1 представлен металлокерамический узел, общий вид.Уеталлокерамический узел состоит из , наружного металлического цилиндра 1, не- металлического цилиндра 2, внутреннего металлического цилиндра 3 и зазоров 4.П р и м е р, Получают металлакерамический узел, в котором используют чаружное металлическое кольцо диаметром 40 мм и высотой 30 мм и внутреннее металлическое кольцо с наружным диаметром 15 мм такой же высоты из стали ХН 450 в которых были выточены соответственно выступ и углубление, Рассчить 1 вают толщины слоев материала, удаляемого при спекании для образования зазоров 4.Для наружного металлического кольцаоооополучено: О = 28 мм, 3 % (Т ) б 1 = 0,017;о1 ооо28а,(Т) б 1 =00047; д =- ехрх 202х(0,017 ) - ехр (0,0 С 17 ) =0,172 (м 4Для внутреннего металлического кольца получено. О = 5 мм при тех же значениях интегралов;д = - ехр(0,017)-ехр(0,0047=0,032 (мм),5На выступ наружного цилинцра и на углубление внутреннего цилиндра (их цилиндрические части) наносят клей ВКтолщиной 0,2 - 0,4 мм; что повышает расчетное значение д, После этого цилиндры выдеркивают в течение 24 ч до полного отверждения клея.Указанные цилиндры размещаат соосно с зазором в приспособлении и закрепляют, После этого приготавливают шихту состава, мас,;5; нитрид кремния 50; оксид никеля 2; кремний 2; карбид кремния 46, и смешивают ее с Зо-ным раствором поливиниловага спирта в воде, являющегося пластификатаром. Последний вводят в количестве 5 мас,% ат массы шихты. Полученную смесь гранул ируют и заполняют ею зазор между цилиндрами, уплотняя в процессе заполнения, После этого узел с приспособлением помещают в сушильный шкаф, где подвергают термической обработке при 120 С в течение 8 ч для полимеризации пластификатора и придания узлу временной прочности. Затем узел открепляют от приспособления и помещают в печь для высокотемпературного спекания. Спекание осуществляют при 1250 С в течение 2 ч. При температуре спекания происходит выгорание клея ВКи образование необходимых зазоров. Керамический материал не имеет усадки в результате спекания.При работе металлокерамического уз 15 ла происходит его интенсивный нагрев довысоких температур (1000 - 1200 С). В результатее происходит температурная деформация цилиндров, Так как КТР у металла значительно выше по сравнению с карамикой, температ, рная деформация Рнутреннега металлического цилиндра больше, Для того, чтобы это не привело к неоправданной концентрации напряжений в зоне контакта неметаллического цилиндра 2 с металлическим цилиндром 3, а также нарушениюконтакта с металлическим цилиндром 1, необходимо, чтобы взаимное перемеще-ние цилиндров осуществлялось па наклонным контактным поверхностям, которыеимеют в сечении форму одного или нескольких конусов с общей вершиной, лежащей на оси узла. При этом длясвободного взаимного перемещения цилиндров необходимы. зазоры 4 между контактирующими поверхностями цилиндров, параллельными оси узла,Температурная деформация внутреннего цилиндра 3 осуществляется относительно оси узла. Для того, чтобы при нагреве не нарушался контакт между цилиндрами 2 и 3, а также не возникали нежелательные напряжения, зададим тачку А на оси узла, относительно которой осуществляется взаимная температурная деформацияцилиндров 2 и 3 (точка закрепления). Выбор точки А произволен.Температурная деформация изотропного тела осуществляется так, чта расстояние междудвумя любыми точками, принадлежащими этому телу, изменяется по прямой линии, их соединяющей, Если контакт между цилиндрами 2 и 3 осуществить по указанной линии, то добиваются желаемого. Для рассматриваемых цилиндров такими линиями являются образующие конуса в сечении с общим углом при вершине, лежащим на оси узл аДля того, чтобы не нарушался контактмежду цилиндрами 1 и 2, необходимо ана.- логично задать их общую точку закрепленият- ехр ( .Г а, ( Т ) ст ) 1,То Формула изобретения Составитель С,КоханТехред М.Моргентал Редактор М.Петрова Корректор М,Максимишинец Заказ 4364 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101(Б), которая лежит на оси узла и может не совпадать с точкой А.Предлагаемый металлокерамический узел с соосным расположением цилиндров в сравнении с известным позволяет снизить тепломеханические напряжения, которые возникают при изменении температуры в зоне контакта металл - керамика из-за разности КТР. Предлагаемая конструкций делает возможным работу металлокерамического узла в широком диапазоне температур. Испытания узла при пятикратном нагреве от 20 до 1000 С подтвердили его работоспособность. Металлокерамический узел, включающий два соосных металлических тела с цилиндрическими поверхностями вращения и керамическое тело с цилиндрической поверхностью вращения, расположенное между металлическими телами с зазором и контактирующее с ними, о г л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения термомеханических характеристик узла и обеспечения надежного электрического контакта между металлом и керамикой при повышенных температурах, для каждой пары контактирующих поверхностей внутренняя иэ контактирующих поверхностей выполнена с 5 выступом, а внешняя - с ответным углублением, причем выступ и углубления имеют форму усеченных конусов с вершиной, лежащей на оси узла, а величина зазора не менее д, которую рассчитывают по 10 формуле где О - диаметр металлического цилиндра 20 на уровне сечения, расположенного на границе металла с неметаллом и параллельно оси узла;То-Т - рабочий интервал температур; ац, ак - соответственно коэффициенты 25 температурного расширения металла и керамики.