2. Обладнання, матеріали, інструмент

Промислова установка для дифузійного зварювання, пінцет, секундомір зразки із сплаву 29НК (ковар), зразки із скла С52-1, ацетон, бязь.

2. Порядок виконання роботи

Ознайомитись з інструкцією по ТБ.

Ознайомитись з зварювальною установкою. Включити установку підготувати й" до роботи (дивись інструкцію).

Встановити на робочий стіл зварювані зразки із ковару і скла Використовуючи систему стиснення стиснути їх питомим зусиллям 5 МПа (таблиця 3.1). Приєднати термопару. Встановити і закріпити нагрівачі Встановити і закріпити захисні екрани. Закрити ковпак. Відкачати робочу камера до тиску 0.0133 Па (1·10^-4 мм. рт. ст. ) ( дивись інструкцію ). Включити нагрівачі і нагріти зразки до температури 590°С. Витримати зразки при цій температурі 20 хвилин. Відключити нагрівачі і дати зразкам охолонути до кімнатної температури, після чого заповнити ковпак установки повітрям виконавши попередньо всі необхідні операції ( дивись інструкцію ). Підняти ковпак. Виключити систему стиснення і вийняти вузол.

Таблиця 3.1 - Режим зварювання

З’єднувана пара	Тзв °С	Рзв , МПа	Вакуум, Па	Час, τ, хв.
С52-1+Ковар	590	5	0.0133	20

Провести контроль вузла випробуванням на згин. При недостатній якості провести повторне зварювання, збільшивши питоме зусилля стиснення до 7 МПа.

2. Склад звіту

1. Назва роботи, мета і короткі теоретичні відомості.

2. Порядок виконання роботи.

3. Результати досліджень, режими, рисунки, висновки.

3. Лабораторна робота № 4 дослідження електрохімічного зварювання напівпровідникового кремнію з склом

Мета роботи - ознайомлення з процесом електрохімічного зварювання різнорідних матеріалів.

1. Короткі теоретичні відомості

Електричне поле, яке виникає між двома електродами до яких прикладена постійна електрична напруга, викликає ряд позитивних ефектів. Різноманітність цих ефектів, як на електродах, так і в проміжку між ними, пов'язано з геометрією електродів, середовищем яке знаходиться між електродами, величиною електричного потенціалу і електрофізичними якостями самих електродів більшості випадків електроди являються тими деталями, які піддаючись д електричного поля терплять які-небудь зміни: нагріваються, набувають потрібну форму, набувають нові відмінні поверхневі шари або утворюють перехідні з'єднувальні структури тимчасового чи постійного характеру.

1- анод; 2- метал (напівпровідник); 3-скло; 4- нагрівальний стіл; ДВН -джерело високої напруги; ДН- джерело нагріву.

Рисунок 4.1- Схема електрохімічного зварювання

Було виявлено, що при прикладенні до пари матеріалів, яка включає скло і метал чи напівпровідник, електричної напруги при якій скло являється катодом, тобто на нього подають від'ємний потенціал та не високого нагріву відбувається утворення нероз’ємного з'єднання. Схему процесу можна пояснити відповідно до рисунку 4.1.

В основі електрохімічного зварювання лежить ефект анодного окислення при якому утворюються хімічний зв'язок між іонами металу і киснем кремніевокисневого каркасу скла. Процес з'єднання проходить в три стадії : на

першій стадії за рахунок електростатичних сил створюється фізичний контакт; на другій - охоплення поверхонь через мікровиступи; на третій - утворення зв'язуючого продукту.

Для досягнення позитивного ефекту необхідно щоб контактні поверхні матеріалів мали 14 клас шорсткості, тобто мали дзеркальну поверхню. Процес ЕХЗ може протікати при температурі 250...400 °С і зварювальній напрузі 200... 1000 В. Час зварювання складає від десятків секунд до десятків хвилин. Процес зварювання супроводжується зміною струму в часі (рисунок 5.2).

Рисунок 4.2 - Залежність зварювального струму від часу (Т=400°С, U=1000В)

Графічним інтегруванням цієї залежності можна вичислити кількість електрики яка пройшла через зразки

(4.1)

або

Q = Sμ_yμ_y (4.2)

де - S - площа між віссю абсцис і кривою І(τ); μ_y і μ_τ- масштаби відповідно струму і часу.

Струм в склі переноситься виключно іонами натрію, при цьому повинен виконуватись закон Фарадея.

m = KQ (4.3)

де К - електрохімічний еквівалент речовини.

Кількості іонів натрію відповідає кількість гідроокисних груп, які взаємодіють з іонами іншого матеріалу по схемі

Sі - ОН + Ме → Sі - ОН...Ме (4.4) Sі - ОН + Ме-О → Sі - ОН...О-Ме (4.5)