Исследование процессов взаимодействия титаносодержащих припоев с оксидной керамикой и коваром

А. М. Костин, Ал. В. Лабарткава, В. А. Мартыненко

Институт биоколлоидной химии им. Ф.Д. Овчаренко НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 42, 03142 Киев, Украина

Получена: 15.01.2014; окончательный вариант - 03.04.2014. Скачать: PDF

В современной промышленности широко используются металлокерамические изделия, в частности, гермовводы вакуумных установок электроннолучевой сварки, которые изготавливаются пайкой или диффузионной сваркой. При изготовлении подобных узлов приходится решать ряд проблем, связанных с наличием остаточных собственных напряжений, вызванных различием термических коэффициентов линейного расширения металла и керамики, а также плохой смачиваемостью поверхности керамики припоями. Для снижения остаточных напряжений и повышения качества пайки в конструкциях гермовводов используют согласованные материалы и припои с высокой адгезионной активностью. Однако в литературных источниках недостаточно рассмотрены характеристики смачивания и растекания указанных припоев по ковару и керамике, отсутствуют результаты детальных исследований фазового состава и свойств паяных соединений с использованием припоев и сплавов на основе системы Cu—Ti. В этой связи в данной работе исследованы характеристики смачивания припоем СТЕМЕТ-1203 и припоем Cu—Ti, который формировался в процессе контактно-реактивного плавления фольги титана и меди (50% Ti—50% Cu по объёму), ковара 29НК, керамики ВК 94-1 и муллита (3Al$_{2}$O$_{3}$—2SiO$_{2}$), изучены свойства паяных соединений с целью оптимизации технологии пайки металлокерамических высоковольтных гермовводов электронно-лучевых пушек вакуумных установок для сварки и напыления. На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что для изготовления металлокерамических гермовводов оптимальным является сочетание ковар 29НК—керамика ВК 94-1. Использование для пайки гермовводов припоя Ti—Cu позволяет получить повышение адгезионной активности по сравнению с припоем СТЕМЕТ-1203 и снизить температуру пайки на 60—90°C. Таким образом, твёрдость плавно увеличивается от ковара к керамике, что, вероятно, способствует снижению уровня собственных напряжений в паяном соединении. Характер распределения химических элементов в паяных соединениях обеспечивает образование прочного пластичного шва без видимых макро- и микродефектов. Качество пайки металлокерамических гермовводов определяется вакуумной плотностью швов и электросопротивлением между керамическими и металлическими элементами детали. В нашем случае герметичность пайки подтверждается масс-спектрометрическим методом; электросопротивление между керамическими и металлическими элементами гермоввода составляет более 15 ГОм при напряжении 1 кВ.

Ключевые слова: химический состав, фазовый состав, микротвёрдость, смачивание, растекание, оксидная керамика, ковар, титаносодержащие припои, гермоввод, активная пайка.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v36/i06/0815.html

PACS: 07.30.Hd, 07.30.Kf, 81.05.Je, 81.05.Mh, 81.20.Vj


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. В. К. Лебедев, С. И. Кучук-Яценко, А. И. Чвертко, Машиностроение (Ред. Б. Е. Патон) (Киев: Машиностроение: 2006), т. ІІІ-4.
  2. В. А. Бачин, В. Ф. Квасницкий, Д. И. Котельников, В. Г. Новиков, Г. П. Полушкин, Теория, технология и оборудование диффузионной сварки (Москва: Машиностроение: 1991).
  3. В. С. Журавлёв, Н. Ю. Таранец, А. Ю. Коваль, М. В. Карпец, Ю. В. Найдич, Збірник наукових праць НУК, № 3: 38 (2009).
  4. В. В Квасницкий, Ал. В. Лабарткава, Проблеми техніки, № 1: 82 (2009).
  5. В. В. Квасницкий, А. М. Костин, А. В. Лабарткава, Ал. В. Лабарткава, Матеріали VI науково-технічної конференції молодих учених та спеціалістів «Зварювання та споріднені технології» (25–27 травня 2011 р., Київ), с. 36.
  6. А. А. Бушков, Л. В. Козловский, В. С. Хейфец, Адгезия расплавов и пайка материалов, № 8: 67 (1981).
  7. Ю. В. Найдич, Т. В. Сидоренко, А. В. Дуров, Адгезия расплавов и пайка материалов, № 40: 63 (2007).
  8. В. Е. Барабанов, Е. И. Егорова, В. И. Лисогорский, В. В. Паничкина, В. В. Скороход, Адгезия расплавов и пайка материалов, № 4: 94 (1979).
  9. В. Ф. Квасницький, В. В. Квасницький, О. М. Костін, Г. В. Ермолаев, Б. В. Бугаєнко, О. В. Лабарткава, А. В. Лабарткава, Спосіб паяння оксидної кераміки з металом, Патент на корисну модель № 72197 (Опубліковано 10 серпня 2012 р.) (Бюл. № 15).
  10. В. Ф. Квасницький, В. В. Квасницький, О. М. Костін, Б. В. Бугаєнко, Спосіб паяння металокерамічних вузлів, Патент на корисну модель № 67071 (Опубліковано 25 січня 2012) (Бюл. № 2).
  11. Z. S. Yu, P. Yang, R. F. Li, and K. Qi, Materials Science and Technology, 22, Iss. 7: 864 (2006). Crossref
  12. В. А. Пономарев, Припой для пайки изделий электронной техники, Патент Российской Федерации № 2058872 (Опубликовано 27 апреля 1996).
  13. Диаграммы состояния двойных металлических систем (Ред. Н. П. Лякишев) (Москва: Машиностроение: 1997), т. 2.
  14. В. І. Махненко, Г. В. Єрмолаєв, В. В. Квасницький, А. В. Лабарткава, Напруження та деформації при зварюванні (Миколаїв: Видавництво НУК: 2011).