|
риалов с металлами прежде всего влияет температура процесса сварки, а затем уже удельное давление, продолжительность выдержки деталей в сжатом состоянии, а также качество обработки контактных поверхностей. Для определения оптимального значения температуры сварки и ее влияния на качество сварных соединений была проведена серия экспериментов по сварке меди с керамикой. Температура при этом менялась от 500 до 850° С.
Давление и продолжительность выдержки при максимальной температуре оставались постоянными и были равны соответственно 1 кГ/мм2 и 15 мин. Нагрев деталей до максимальной температуры и охлаждение производились со скоростью 10—15° в минуту. При достижении температуры около 200° С в процессе охлаждения нагрузка снималась и дальнейшее понижение температуры происходило без дополнительного сжатия свариваемых деталей.
Результаты экспериментов приведены на рис. 156. Каждая точка на всех графиках соответствует среднему из четырех-пяти измерений. При температуре 600—650° С соединения не происходит; повышение температуры до 900° С приводит к вакуумно-плотному, механически прочному соединению. Итак, для сварки ковара температура должна составлять 900—950° С. Для сварки ковара с керамикой при
температуре 900—950° С удельное давление должно быть порядка 1,0—1,5 кГ/мм2.
Наряду с экспериментами по выявлению влияния температуры нагрева деталей и удельного давления проводились исследования зависимости качества полученного соединения от продолжительности выдержки образцов под давлением при максимальной температуре. Температура и удельное давление при этом были оптимальными. Продолжительность выдержки менялась от 1 до 30 мин. Увеличение продолжительности выдержки образцов под давлением при максимальной температуре свыше 15 мин практически не влияет на качество соединения. Сокращение выдержки до 1—5 мин приводит к более прочному соединению.
Оптимальные значения основных технологических параметров режима сварки металлизированной керамики с коваром следую- 
При испытаниях на изгиб разрушение таких соединений происходило но керамике. Механическая прочность таких соединений составляла более 3000 кГ/см2. Механическая прочность спаев аналогичных конструкций, полученных с помощью припоев, составляла 1300-1500 к Г/ см2, Испытании на термостойкость показали, что количество теплосмен, выдержанное сварными углами, вдвое больше, чем максимальное число теплосмен для паячных узлов.
При сварке металлизированной керамики с металлами диффузионным способом качество сварного соединении во многом зависит от качества металлизации керамики, которая, в свою очередь, определяется различными технологическими факторами. К числу этих факторов относятся среда, влажность, температура камеры, в которой производится процесс вжигания, гранулометрический состав исходных порошков и др. В связи с тем, что многие из этих параметров в настоящее время нельзя контролировать и поддерживать с достаточной для практики точностью, то получать стабильное качество вжигания затруднительно. Устранение процесса металлизации керамики должно повысить выход и надежность металлокерамических узлов. С этой целью была проведена также работа по сварке неметаллизированной керамики с металлом указанным способом.
Эксперименты проводили в водороде и вакууме по той же методике и на том же оборудовании, что и при изучении процессов сварки металлизированной керамики с металлами. Точка росы водорода изменялась в пределах от + 20 до -35о. Вакуум
1.10-4 - 1.10 -3 мм рт.ст. На качество сварного соединения, как и в случае металлизированной керамики, существенное влияние оказывают температура нагрева сочленяемых деталей, величина удельного давления, продолжительность выдержки образцов при максимальной температуре, а также среда и качество обработки поверхностей.
Ковар сваривается как в вакууме, так и в водороде
Керамика с более тонкой шлифовкой сваривается лучше, чем керамика с грубой шлифовкой. Например, образцы, шлифован ные карбидом бора имеют большую механическую проч
ность, чем образцы, пошлифованные более грубым порошком
№ 100. Разрушение образцов в нервом случае происходило по керамике, а во втором по границе контакта С увеличением качества обработки керамики соединение улучшается, очевидно, возрастает контакт между металлом и керамикой, прочность соединения повышается При просмотре микрошлифов в керамике отчетливо видна переходная область, что свидетельствует о наличии прочного
сцепления свариваемых деталей. Полученные соединения керамики с коваром имели прочность 1000 кГ/см2-
На рис. 157 представлены вакуумно-плотные металлокерамические узлы торцовой конструкции, сваренные диффузионное сваркой. Для каждого из узлов была использована неметаллизированная керамика. Аналогичные узлы получены рассматриваемым методом и на основе металлизированной керамики.
Из всего сказанного можно сделать следующие выводы. Впервые были получены надежные вакуумно-плотные и механически прочные соединения, выполненные диффузионной сваркой, как 
металлизированной, так и неметаллизированной керамики с металлами. На качество сварных соединений оказывает большое влияние температуру нагрева деталей, удельное давление, продолжительность выдержки изделия при максимальной температуре,. а также качество обработки сочленяемых поверхностей. Механическая прочность металлокераммических образцов, подученных новым способом, более чем в 1.5 раза превышает прочность образцов, полученных по существующей в настоящее время технологии, т. е. с помощью припоев. Полученные узлы позволяют повысить термомеханическую надежность, а также температуру обезгажлвания электровакуумных приборов.
Сварка керамики с медью. Для сварки алюмооксидной керамики с медью Ml применяли металлизированную и неметаллизированную керамику. Согласно многочисленным исследованиям, в случае применения металлизании наилучшие результаты получаются при молибдено-марганцевом слое покрытия. Поэтому для металлизации была выбрана момбдено-марганцевая смесь (на
нее гальванически наносили слой никеля, упрочнявшийся затем в водороде при 1000°С). Эксперименты производились в вакууме и в водороде. Медь перед сваркой протравливали, затем отжигали в среде водорода при температуре 600° С. После зачистки стальной щеткой детали обезжиривали спиртом.
Сварные соединения испытывали на разрыв, термостойкость и вакуумную плотность. Образцы для механических испытаний изготовляли такие же, как при сварке керамики с коваром. Вакуумную плотность контролировали течеискателем ПТИ-6. По микрошлифам делали заключение о качестве провара.
При температурах ниже 600° С керамика с медью вообще не соединяется, повышение же температуры свыше 600 до 650° С обеспечивает механически прочные вакуумно-плотные соединения. При достижении температуры порядка 850—900° С и выше механическая прочность образцов практически остается постоянной, однако при этом наблюдается заметная деформация меди, что свидетельствует о нецелесообразности использования таких температур для сварки медь — керамика.
В процессе исследования зависимости прочности сварного соединения металлизированной керамики с медью от величины удельного давления при сварке температура и продолжительность выдержки оставались постоянными и были равны 850° С и 15 мин. Удельные давления меняли от 0,5 до 2 кГ/мм2. На основании полученных данных можно полагать, что для сварки меди с металлизированной керамикой температура нагрева деталей должна быть порядка 750—850° С. Механическая прочность сварных соединений с увеличением удельного давления практически не меняется. Оптимальное давление для сварки меди 0,5— 0,75 кГ/мм2. Оптимальные режимы диффузионной сварки меди с керамикой следующие: Т = 750 - 800 С, р = 2 5 кГ/см2, вакуум 1 • 10-4 — 1 • 10-5 мм рт. ст.
Минимальный предел прочности соединений, выполненных диффузионной сваркой, был равен 2500 кГ/см2, что вдвое выше прочности на разрыв аналогичных паяных узлов. При изгибе разрушение происходило по керамике. Испытания сварных соединений на термостойкость также дали положительные результаты. Так, керамические цилиндры диаметром 40 и 50 мм, сваренные с медью толщиной 0,5 мм, выдерживали 10 теплосмен. Такие же узлы, полученные с помощью пайки, выдерживали без нарушения вакуумной плотности 5—6 теплосмен. Нагрев таких узлов до температуры 900° С в режиме пайки керамики с металлами не нарушал их вакуумной плотности. Это обстоятельство свидетельствует о том, что их можно запаивать в прибор припоями с более высокой температурой плавления.
Покрытие молибденово-марганцевым слоем никеля при сварке металлизированной керамики с металлами диффузионным способом является не обязательным.
| 
