Дослідження процесів взаємодії титановмісних припоїв з оксидною керамікою і коваром

О. М. Костін, Ал. В. Лабарткава, В. А. Мартиненко

Інститут біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 42, 03142 Київ, Україна

Отримано: 15.01.2014; остаточний варіант - 03.04.2014. Завантажити: PDF

У сучасній промисловості широко використовуються металокерамічні вироби, зокрема, гермовводи вакуумних установок електронно-променевого зварювання, які виготовляють паянням або дифузійним зварюванням. При виготовленні зазначених вузлів доводиться розв’язувати низку проблем, що пов’язані з наявністю залишкових власних напружень, спричинених відмінністю термічних коефіцієнтів лінійного розширення металу і кераміки, а також поганою змочуваністю поверхні кераміки лютою. Для зниження залишкових напружень і підвищення якості паяння в конструкціях гермовводів використовують узгоджені матеріали і люту з високою адгезійною активністю. Однак у літературних джерелах недостатньо розглянуто характеристики змочування і розтікання зазначених лютей по ковару і кераміці, відсутні результати детальних досліджень фазового складу і властивостей паяних з’єднань з використанням лютей і стопів на основі системи Cu—Ti. У цьому зв’язку в даній роботі досліджено характеристики змочування лютою СТЕМЕТ-1203 і лютою Cu—Ti, яка формувалася в процесі контактно-реактивного топлення фольги титану і міді (50%Ti—50%Cu за об’ємом), ковару 29НК, кераміки ВК94-1 і муліту (3Al$_{2}$O$_{3}$—2SiO$_{2}$), вивчено властивості паяних з’єднань з метою оптимізації технології паяння металокерамічних високовольтних гермовводів електронно-променевих гармат вакуумних установок для зварювання і напорошення. На підставі одержаних результатів можна зробити висновок про те, що для виготовлення металокерамічних гермовводів оптимальним є поєднання ковар 29НК—кераміка ВК 94-1. Використання для паяння гермовводів припою Ti—Cu уможливлює одержати підвищення адгезійної активності порівняно з припоєм СТЕМЕТ-1203 і знизити температуру паяння на 60—90°C. Таким чином, твердість плавно збільшується від ковару до кераміки, що, ймовірно, сприяє зниженню рівня власних напружень у паяному з’єднанні. Характер розподілу хімічних елементів у паяних з’єднаннях забезпечує утворення міцного пластичного шва без наявних макро- і мікродефектів. Якість паяння металокерамічних гермовводів визначається вакуумною щільністю швів і електроопором між керамічними і металевими елементами деталі. У нашому випадку герметичність паяння підтверджується мас-спектрометричним методом. Електроопір між керамічними і металевими елементами гермовводу складає понад 15 ГОм при напрузі 1 кВ.

Ключові слова: хімічний склад, фазовий склад, мікротвердість, змочування, розтікання, оксидна кераміка, ковар, титановмісні припої, гермоввод, активне лютування.

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

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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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).