Паяное соединение деталей из разнородных материалов

(н) Фш 4 В 23 к 1г БРЕТЕНИ ТЕПЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ Н АВТОРСКОМУ СВ(71) Институт проблем материаловедения АН УССР(56) Патент США У 4338380 кл. В 23 К 1/19, .1984.Авторское свидетельство СССР В 1139588, кл. В 23 К 1/19, 1983.Авторское свидетельство СССР 9 1215908, кл. В 23 К 1/19, 1984. 54) ПАЯНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ РАЗНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ57) Изобретение относится к области пайки и может быть использовано при соединении неметаллических материалов с металлами при создании различных конструкций в различных отраслях машиностроения. Цель - повышение работоспособности соединения за счет снижения в нем напряжений и увеличения прочности. Паяное соединение содержит металлическую 1 и керамическую 2 детали, а также упругую прокладку 3, состоящую из набора гибких линейных металлических злементов, выполненных в виде щетки, и соединеннуючерез слой припоя с обеими деталями 1 и 2, Выполнение металлических элементов в виде щетки позволяет регули. Се ровать плотность их расположения меж.ду деталями и обеспечить высокую прочность соединения и снятие напряжений, 1 з,п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.гИзобретение относится к пайке изделий и может быть использовано присоединении неметаллических материаловс металлами в различных отраслях машиностроения.Целью изобретения является повышение работоспособности соединения засчет снижения в нем напряжений и увеличения прочности.На чертеже изображено паяное соединение металлической 1 и керамической 2 деталей.Паяное соединение содержит металлическую 1 и керамическую 2 деталии упругую прокладку 3, состоящую изнабора гибких линейных металлическихэлементов, выполненных в виде щетки,и соединенную через слой припоя 4 собеими деталями,Толщина металлического элементаможет составлять 0,04-016 его длины,толщина слоя припоя может составлять0,25-1,0 толщины металлических элементов, а площадь паяного соединенияможет составлять 5-60% соединяемойплощади деталей. Выполнение металлического элемента в виде щетки позволяет, с одной стороны, обеспечитьвысокую жесткость и прочность конструкции, а с другой стороны, полу-чить значительную пластичность промежуточной прокладки, что способствует уменьшению термонапряжений, а следовательно, повышению прочности металлокерамического соединения.Толщина металлического элемента,равная 0,16 его длины, является верхним пределом и определяется пределомжесткости промежуточной прокладки,а нижний предел 0,04 обусловлен необходимой.прочностью на сжатие и растяжение,10 15 20 30 35 40 45 50 55 Нюкний предел толщины слоя припоя на паяемых поверхностях керамической и металлической деталей, составляющей 0,25-1,0 толщины гибкого элемента, является наиболее предпочтительным, поскольку, с одной стороны, он соответствует минимальным напряжениям на границе припой - керамическая деталь, а с другой стороны, минимальная толщина припоя обеспечивает высокую прочность пайки металлических элементов, приравниваемую к прочностным характеристикам самого припоя. Увеличение толщины слоя припоя существенно не влияет на прочность пайки гибких элементов. Превышение толщиной слоя припоя 1,0 толщины гибкого элемента приводит к понижению прочностных характеристик соединений, что объясняется уменьшением гибкости и подвижности промежуточной прокладки. К тому же, большая толщина слоя припоя, нанесенного на паяемую поверхность керамической детали, превышающая значе-. ния порядка 0,25 мм, приводит к значительным напряжениям на этой поверхности, что может стать причиной растрескивания и отслаивания металлизационного слояоПлощадь пайки металлических элементов к.паяемой поверхности деталиможет составлять от 5 до 60% площадиэтой поверхности и равнаЯ=ИВгде И - число точек пайки гибких элементов;Я - площадь пайки одного элемента.Минимальная требуемая прочностьпайки обеспечивается при значенииплощади пайки, равном 5%. С ростомколичества точек пайки И растет общая площадь пайки, а следовательно,должна расти прочность паяного соединения. 11 о при превышении площади пайки значений 40-50% на прочности паяного соединения начинаег отрицательно сказываться Фактор увеличения жесткости промежуточной прокладки, хотя прочностные характеристики этого соединения остаются высокими за счет значительной площади пайки. Превышение площади пайки значений 60% приводит к резкому скачку жесткости промежуточной прокладки, которая в данном случае характеризуется очень низкими релаксационными свойствами, Оптимальная площадь пайи равна 40- 50%.Металлокерамические соединения, спаянные через упругую прокладку, способны успешно работать как в условиях термоциклирования, при изменещ:и температмч в =щпоком цхап=:м:-, к:к и в условиях воздейс"гвы а 1-.хатических, либо динамических вагрзок,При эксплуатации такого соединения в условиях термических нагрузок в вследствие рассогласования по коэффициентам термического расширения керамической и к таллической дзтллей .ихотносительное перемещение, а следовательно, и возникающие при этом тер3 1430201 4монапряжения воспринимаются промежу- щади пайки на прочность металлокераточной прокладкой, которая реагирует мического соединения приведено вна это изменением ориентации и формы таблице,образующих ее гибких элементов,Промежуточная прокладка при механическом воздействии на металлокерамическое соединение выполняет функциюполужесткой связи между керамическойи металлической деталями, Прочностьэтого соединения на сжатие определяется устойчивостью элементов промежуточной прокладки к сжимающим нагруз 5Упругая прокладка в виде щеткиблагодаря возможности управления плотностью упаковки ее упорядоченных элементов управляема по порцстости 0 и капиллярности, что позволяет исключить неблагоприятный фактор пропитки ее металлов и повысить ее работоспособность. Формула изобретения Соотношение Площадьтолщины ме- пайки Прочность метал-.локерамическогосоединения наразрывбр х 10, Н/м Соотношение толщины гибкогоэлемента и его таллизацион- гибких ного слоя и элементолщины гиб- тов. длиныс 11 кого элемента,с 1 0,33 0,15 10,12 кам.Прочность металлокерамического соединения на разрыв в значительной степени зависит от напряженного состояния поверхностного паяемого слоя керамической детали а следова 1 сль но, зависит от толцинь металлизацион ного покрытия и слоя припоя и жесткости промежуточной прокладки. Суммируясь, паяные напряжения на границе керамическая деталь - слой припоя и напряжения, возникшие при пайке 25 из-за разности коэффициентов термического расширения разнородных паяемых деталей и воспринимающиеся также поверхностным слоем керамижской де тали, являются причиной того, что разрыв металлокерамического соединения происходит по напряженному паяемому слою керамической детали.Влияние параметров промежуточной прокладки, описывающие ее жесткость,толщины металлизационного слоя и пло 351 1. Паяное соединение деталей из разнородных материалов, содержащее керамическую И металлическую детали и упругую прокладку, состоящую из набора гибких линейных металлических элементов, соединенных через слой припоя с обеими деталями, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения работоспособности соединения за счет снижения в нем напряжений и увеличения прочности, металлические элементы выполнены в виде щетки,2. Соединение деталей по п.1, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что толщина металлического элемента составляет 0,04-0,16 его длины, толщина слоя припоя составляет 0,25-1,0 толщины металлических элементов, а площадь паяного соединения составляет 5-607 от соединяемой площади деталей.ощадьйки 6 5 2,0,1 5 0,04 5 0,5 Редактор И. Рыбче нк ставитель Л.Абросимовахред М.Дидык 1(орректср Э.Лончаков каз 5181/13 Тираж 922 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г,город, ул, Проектная, 4 Соотноше щины гиб элементаддини6 1 оотношениеолщины меаллизационого слоя нолщины гибого злемен 1430201 6 Продолжение таблицы очность металкерамическогоединения наразыцр к 10 Н/мф