Металлокерамический узел (его варианты)

, ГОСУДАРСТВ ПО ДЕЛАМ И НИЯ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТй АВТОРСМОМУ СВИДЕ"П:ЛЬСТВУ(57) 1. Иеталлокерамический узел,содержащий керамический изолятор, металлическую. манжету и ввод, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения механической прочности и термической надежности металлокерамического соединения, металлическая манжета выполнена в виде двух полуманжет, имеющих Форму коаксиально расположенных цилиндров, соединенных между собой с однойстороны, причем свободные концы внутренних цилиндров, которые выступают за торцы внешних цилиндров, спаяны с внутренней поверхностью керамического изолятора, а торцы ,наружных цилиндров прижаты к торцовым поверхностям .керамического изо-лятора.соединений, разнородных материалов,ческие характеристики внутренних в частности к соединениям керамикисоединений невысокие вследствиес металлом, и может найти применение использования в соединении материав .электронной, радиоэлектронной 5 лов, несогласующихся потермическому коэффициенту. линейного расширения,в результате после пайки во внутреннем соединении возникают опасные и приборостроительной промышленности,/ Известны внутренийе соедиНения керамики с металлом,:в.которых ман жета в виде стержня или тонкостендля металлокерамического соединения ной трубки спаяна с внутренней по- . 1 О растягивающие усилия, снижающие его верхностью керамики:1 .. термические и механические характе-Однакосоединения со стержнем : ристики..йспользованы.только длямалогаба-. Целй изобретения - повышение меритных спаев диаметром не.более 2 мм. ханической прочности и термической При дальнейшем увеличении диаметра . 15 надежности металлокерамического в соединении.с керамикой применяютсоединения.:тонкостенные трубкиПрочность ме- :. Поставленная цель достигается таллокерамических узлов с такими тем,что вметаллокерамическом узле,сосоединениями невысокая,: определяет- держащем керамический изолятор, метался прочностью. тонкой трубки, а увели- . лнческую манжету и ввод, металличение толщины трубки приводят к-. ческая манжета выполнена в виде возрастанию напряжений в.металлоке- двух полуманжет, имеющих форму коакрамическом соединении и снижениюсиально-расположенных цилиндров, прочности и термостойкости ФоедиНе-. соединенных между собой с одной стония. роны, причем свободные .концы внутНаиболее близким по технической . ренних цилиндров, .которые выступают сущности к предлагаемому:.является. :, за. торцы. внешних цилиндров, спаяны металлокерамический,узел .с внутрен-,; ,с:внутренней,поверхностью керамичесним соединением керамики с металлом, кого изолятора, а торцы наружных.: в который внутренний массивный стер- ., цилиндров прижаты к торцовым поверхжень спаян с тонкой манжетой на .:, 30, ностям керамического. изолятора.определенном расстоянии от.металло- , Кроме того, ввод выполнеи из мекерамического соединения. такое сое. : телла, имеющего коэффициент линейнодйнение .повышает прочность конструк-, го термического расширения клтР 3ции при изгибающих нагрузках за , больше,:чем клтР керамики и полусчет"деформации.тонкой манжеты и 3 манжет.,,передачи нагрузки от,стержня к -ке .Внутрейний.цйлиндр полуманжетрамической детали через манжету,2, выполнен в виде конуса, сужающегосяОднако прочность конструкции .в к середине керамического изолятора,осевом направлении остается низкой." причем внутренний цилиндр полуман 2. Узел по 1, о т л и ч а юа и й с я тем, что ввод выполнениз металла, имеющего. коэффициентлинейного термического расширения(КЛТР) балыке чем КЛТР керамикии полуманжет.3, Узел по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что внутренний цилиндр полуманжет:выполнен в.виде конуса, сужающегося. к серединекерамического изолятора,.4. Узел по п. 1, о т л и ч а ю.щ и й с я тем,: что внутренний цилиндр полуманжет выполнен. с капиллярными разрезами в осевом,направлении, доходящими до уровня торца. внешнего цилиндра,5, Металлокерамический узел,содержащий керамический .изолятор,металлическую. манжету и ввод, о тл и ч .а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения механической прочности и термической надежности металлокерамического соединения, манжета выполнена в виде двух коаксиально расположенных цилиндров, соединенных между собой с одной стороны, причем свободнйй конец внутреннего цилиндра спаян с внутренней поверхностью керамического изолятора, а торец внешнего цилиндра прижат к торцовой поверхности изолятора, причем узел снабжен прижимным кольцом, размещенным с противоположного торца изолятора и соединенным с вводом И/ИЛИ манжетой.,б. Узел по и. 5, о т л и ч а ющ и й с я тем, что ввод выполнен из металла .с КЛТР большим,.чем КЛТР керамики и манжеты.жет выполнен,с капиллярными разрезамн в осевом направлении доходящимидо уровня торца внешнего цилиндра,При этом в металлокерамическомузле свободный конец внутреннегоцилиндра спаян с внутренней поверхностью керамического изолятора, аторец внешнего цилиндра прижат кторцовой: поверхности изолятора,. причем узел снабжен прижимным кольцом,размещенным с противоположного тор, ца изолятора и соединенным с вводомИ/ИЛИ манжетой,Кроме того, ввод .выполнен из металла с КЛТР большим, чем;КЛТР кера.мики и манжеты, : 5На фиг 1-3 представлено внутреннее соединение .керамики с металлом.Керамический изолятор 1 1.фиг. 11.спаян с двумя полуманжетами 2 аи 2 К, а полуманжеты=.спаяны с внутренним цилиндрическим. вводом 3.Полуманжета выполнена в формедвух коаксиально расположенных ци.линдров: внутреннего .тонкого цилиндра, предназначенного для соеди-.нения с керамическим изоляторомпо. внутренней поверхности керамики,и внешнего массивного, который припайке металлокерамического соединения торцом упирается в керамику. После пайки указанных деталей изолятороказывается зажатым между двумя полуманжетами вследствие того, что. КЛТР керамиКи меньше, чем КЛТР большинства металлов, спаиваеьых с керамикой. Кроме того, использование 35внутреннего ввода с КЛТР большим,чем КЛТР керамикн и полуманжет,позволяет создать после пайки до-.полнительный прижим полуманжет .ккерамике, В таком соединении нагруз" 40:ки, действующие на ввод, передаютсяна торцовую поверхность керамикичерез массивный наружный коаксиальный цилиндр полуманжет, минуя металлокерамическое паяное:соединение:,которое таким образом раэгружаетсяот действия внешних. нагрузок. Поэтому толщина внутреннего коаксиаль ного цилиндраполуманжет может бытьнебольшой и выбираться, исходяиз требования получения термическинадежного металлокерамического сое-.динения. Выбор толщины наружного кО-.и толщины керамики зависит от заданных нагрузокувеличение толщины Ынаружного коаксиального цилиндране отражается на термических характе"ристиках металлокерамического соеди-.нения и повышает его прочность.Поэтому внутренние .соединения, изго- Ютовленные по предлагаемому способу,могут выдерживать значительные механические нагрузки, сохраняя при этомтермические характеристики на высоком уровне. 65 С целью увеличения термической надежности внутренняя поверхность внутреннего коаксиального цилиндра верхней полуманжеты (фиг. 1 выполнена в виде конуса. В результате в .спае с .керамикой толщина металлической арматуры уменьшается, напряжения, возникающие по внутреннем спае, также уменьшаются, что повьваает термическую надежность соединения.Кроме того, выполнение на внутреннем коаксиальном цилиндре полу- манжет капиллярных разрезов позволяет получить более качественное металлокерамическое соединение, в котором разрезы регулируют .зазор между внут" ренней.поверхностью керамики и спаиваемой е ней поверхностью полу- манжет и:обеспечивают хорошее заполнение припоем внутреннего спая. После. пайки капиллярные зазоры оказываются. заполненными пластичным припоем, что также повышает термическую надежность металлокерамического соединения.На фиг, 2. представлено внутреннее соединение керамики с металлом, в котором внутренняя поверхность. керамического изолятора 1 спаяна с внутренним тонким цилиндром полу;манжеты 2 О, а наружный массивнййцилиндр полуманжеты опирается на торцовую поверхность керамического изолятора, при этом внутренний цилиндр цолуманжеты продолженна всю ширину спая и спаян с вводом.3, а прижим.к керамике с противоположного торца осуществлен за счет прижимного кольца 4, также припаянного к вводу 3. .На фиг, 3 показано аналогичное решение внутреннего соединения, в котором керамический изолятор. 1 спа-, ян с полуманжетой 20, а ввод 3 спа ян .с полуманжетой 2.О и прижимным кольцом 4, При этом полуманжета вы- полнена иэ двух деталей: внутреннего тонкого цилиндра 5 и наружного массивного цилиндра 6, которые спаянымежду собой,П р и м е р 1. По предлагаемому изобретению изготавливают внутренние металлокерамические соединения с полуманжетами изковара и стали ОЗВД и с внутренним вводом из стали 12 Х 18 Н 10 Т В качестве керамического изолятора используют кольца наружным диаметром 82 мм и внутреннимдиаметром 60 мм. Толщина кольца исоответственно ширина металлокерамического.соединения составляет 8,5 мм. Для сравнения с такими же керамическими изоляторами изготовлены внутренние металлокерамические соединения аналогичные прототипу, в которых.манжетаизготовленаиз козара, а внутренний стержень иэ стали 12 Х 18 Н 10 Т. Толщина манжеты, 1031955 бспаиваемой с керамикой, составляет0,5 мм как .в соединениях, изготовленных в соответствии с предлагаемым изобретением, так и в соединениях прототипа. Указанные соединенияиспытаны на растяжение и изгиб,при этом индикатором Фиксируют дефор-"мацию узла под нагрузкой.При испытании на растяжение металлокерамические соединения с пблуманжетами иэ козара и стали ОЗВДвыдержаны без разрушения и деформации нагрузку, равной 4500 кгс. Дальнейшее йагруженйе не производят,Узлы остаются вакуумноплотными..На узлах, изготовленных в соответствии с прототипом, при нагрузке1300 кгс наблюдается деформация0,1 мм. Такую деформацию можно .считатьпредельно допустимой для металлокерамическнхконструкций, к которым предъявляются повышенные требования по прочности.Аналогичные соединения испытывают на изгиб при плече приложениянагрузки О, 5 м. Металлокерамические.соединения с полуманжетами из козара и стали ОЗВД выдержали нагрузку,.равную 80,кгс, беэ деформации и раз. рушения предельная деформацияО,02 мм). На узлах с внутреннимисоединениями из козара, изготовленных в соответствии с прототипом,деформация 0,1 мм наблюдается принагрузке 9 кгс,П р и м е р 2. Исследуют прочность при растяжении внутрейних соединений, в которых внутренние .цилиндры двух полуманжет объединены, прижим в керамику осуществлен с одной.стороны наружиым массивным.цйлиндром палуманжеты, а с противоположной - прижимным кольцом ( узел,соответствует Фиг 2) . Диаметр внутреннего соединения составляет 32 мм,: ширина зоны спая - 3 мм. Полуманжетавыполнена .из ковара, а ввод - из .. нержавеющей стали, Толщина внутреннего цилиндра полуманжеты составляет 0,5 мм. Для сравнения испытываютс внутренними соединениями такихже габаритов, соответствующие поконструктивному исполнению прото,типу. Иеталлокерамнческие узлы,выполненные по предлагаемому изобре. тению, не деформировались при на.грузке до 1700 кгс, после. чегопроизошлб разрушение по керамике.На узлах, выполненных в соответствии с прототипом, наблюдалась деформация 0,1 мм при нагрузке 450 кгс,а разрушение по внутреннему спаюпроизошло при нагрузке 950 кгс.,П р и м е р 3. Исследованиятермостойкости проводят на соединениях аналогичных описанным в примере 1, с внутренним спаем диаметром60 мм, в которых внутреннюю поверхность внутреннего коаксиального 10 цилиндра полуманжет выполнена в виде конуса с толщиной стенки,изме-,няющейся от 0,6 до 0,3 мм, Манжетыизготовлены из ковара, внутреннийввод - из стали 12 Х 18 Н 10 Т, Пайку 15 осуществдяют припоем.ПСрВ. Длясравнения испытывают внутренние соединения такого же диаметра, выполненные в соответствии с прототипом.Толщина манжеты составляет 0,6 мм.20. Термоциклирование проводят в режиме20-600-20 С. Средняя термостойкостьвнутренних соединений, изготовленныхн соответствии с предполагаемым изобретением, составляет 27 термоциклов,средняя термостойкость узлов (аналогов) - 16 термоциклов.П р и м е р 4, По предлагаемомуизобретению изготовлены внутренниесоединения диаметром 60 мм с полуманжетами из стали ОЗВД, спаянныемедным припоем, при этом на внутренних цилиндрах полуманжет нарезаныв осевом направлении разрезы доуровня торца Наружного цилиндра полуманжеты. Ширина:разреза составляет 5 0,07 мм, расстояние между разрезами 5 мМ, Выход годных после пайкитаких соединений составляет 100,,на аналогичных узлах без разрезов88-92; Термостойкость исследуемых 40 узлов составляет соответственно 33и 27 термоциклов.Использование .предлагаемых конструкций внутренних соединений кераьдки с металлом позволит повысить 45 механическую прочность и термическую .надежность таких соединений и, следовательно, расширить область исполь.зования внутренних соединений, которые применялись сравнительно редко 50 из-за плохой надежности.По предлагаемому изобретению.разработаны конструкции металлокера-.мических узлов с внутренними соеди-нениями.ожидаемый годовой экономический эффект от использования.предлагаемого изобретения составит около120 тыс.руб.1031955М нк Тираж 622 . ПодписноеНИЙПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Рауюская наб., д. 4/5Заказ 5321/.2 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Сост Редактор А.Курах Техре