книги из ГПНТБ / Балицкий А.В. Технология изготовления вакуумной аппаратуры

Ным, что именно с окисной пленкой на поверхности металла оно сцепляется наиболее прочно и плотно.

Для получения надежных вакуумно-плотных спаев обычно необходимо, чтобы металл был покрыт тонким и ровным слоем плотного окисла.

Если металл покрыт рыхлыми окислами, хотя бы и местами, то сколько-нибудь надежного спая получить нельзя. Некоторые случаи безокнсного спаивания метал­ ла со стеклом, как, например, пайка в вакууме, в дейст­ вительности, вероятно, все же являются пайкой по окис­ лу, так как давления диссоциации окислов большинства металлов при температурах пайки со стеклом лежат да­ леко за пределами давлений в вакуумной печи и за вре­ мя пайки вряд ли возможно приведение поверхности металла за счет диссоциации в абсолютно чистое от оки­ си состояние. А растворение окисла, которым обычно объясняется очистка поверхности металла при прогреве в вакууме, может идти в момент пайки безрезультатно, так как вместо растворившейся пленки окисла может возникнуть новая за счет кислорода, выделенного из стекла.

При температуре пайки стекло в вакууме выделяет значительное количество НгО в виде пара, часть которо­ го должна диссоциировать на поверхности металла и вновь образовывать окпсную пленку.

Насыщенность металла (а также и стекла) газами выше некоторого предела вызывает появление в спае большого количества мелких пузырьков, могущих не только снизить 'механическую его прочность, но и вы­ звать появление трещин или свищей.

Условия вакумно-плотной пайки металла с ке­ рамикой изучены мало и зависят, вероятно, от многих причин.

В отличие от аморфного стекла керамика имеет зер­ нистую структуру. Температура плавления керамики обычно более высокая, чем у спаиваемого с нею метал­ ла. При пайке керамика не размягчается и не обвола­ кивает металл, как это делает стекло. Керамика может

имеет стекловидные компоненты; судя по тому, что мно­ гие спаи керамики с металлом после многократных про­ гревов теряют вакуумную плотность, молено предполо­ жить, что часто эти компоненты находятся в относитель-

201

Mo ilopiictOM тело. И в случае Их видоизменении й пограничном слое плотность спая может нарушиться.

Следовательно, для получения надежного вакуумноплотного спая керамика должна иметь однородную плот­ ную структуру, как на поверхности, так н в глубине или же метод папки должен быть таким, -при котором припои проникает па некоторую глубину в толщу керамики, уплотняя ее. При этом припой не должен в дальнейшем претерпевать изменений, Делающих соединение газопро­ ницаемым.

8-2. ПОДГОТОВКА МЕТАЛЛА ДЛЯ ПАЙКИ СО СТЕКЛОМ

Для получения качественного спая металла со стеклом чрезвычайно важна правильная подготовка ме­ таллических деталей. При этом разные металлы требуют разной подготовки.

Коваровые детали .перед пайкой со стеклом отжига­ ются в осушенном водороде или в вакууме при темпера­ туре 1000—1 150°С с медленным нагревом, выдержкой при указанной температуре в течение 10—20 мин и по­ следующим медленным охлаждением примерно в тече­ ние 1 ч. Для отжига применяются водородные или ва­ куумные печи любой конструкции.

Водород для отжига ковара лучше всего пропускать через осушитель с алюмогелем или силикагелем.

Баллоны со сжатым водородом имеют обычно боль­ шое количество конденсата. Перед началом пуска газа в печь необходимо спустить из баллона конденсат, пере­ вернув баллон (вне здания) и дав конденсату стечь вниз в течение 10 мин, а затем осторожно приоткрыть ключом вентиль баллона. Количество конденсата иногда достигает 4 л. Давление водорода под колпаком печи регулируется по величине контрольного факела, как м для пайки в водороде.

Для качественного отжига необходимо, чтобы рабо­ чая камера печи была совершенно чистой. Особенно важно, чтобы под колпаком ни откуда не выделялась углекислота, так как ковар ее поглощает, а металлостекляиные спаи особенно чувствительные к ее присутствию

в металле.

Медные трубчатые детали 'могут быть спаяны со стек­ лом как в окисленном виде (до появления равномерного слоя красной закиси меди), так и остеклованные в пла-

2 0 2

мели горелки 'бурой. При окислении меди необходимо внимательно следить за тем, чтобы на ней не появилась черная окись меди. Она образуется при недостаточной температуре окисления (ниже 750°С). Красная пленка за юней меди образуется при быстром нагреве меди выше 750 °С на воздухе и при дальнейшем охлаждении ее без доступа воздуха или кислорода. Выгоднее всего опера­ цию окисления производить во время пайки как первый ее этап. Тогда охлаждение меди в месте спая будет про­ исходить уже под слоем стекла.

Для остекловаиия бурой медные детали смачиваются горячим (70°) водным раствором буры, который затем спекается в печи при 700°С за 5—10 мин. Медь предва­ рительно обезжиривается, травится и слегка окисляется

(при 350°С).

Молибден лучше спаивать со стеклом в очищенном виде после отжига в водороде при температуре 1 100°С. Образование необходимой для спаивания со стеклом тонкой окисной пленки коричневого цвета происходит в процессе папки.

Малоуглеродистая сталь в пламени горелки быстро покрывается рыхлыми окислами, непригодными для пай­ ки. Тонкая черная, плотно соединенная с металлом окисная пленка образуется только при умелом окислении в слабоокислительном пламени. Пайку с подготовленной таким образом сталью нужно вести в защитной, инерт­ ной газовой среде.

Часто прибегают к гальваническому покрытию стали тонким слоем серебра или меди, который затем сплав­ ляется с основным металлом в инертной среде, а во вре­ мя пайки окисляется и хорошо спаивается со стеклом. Другой метод заключается в предварительном термо­ диффузном хромировании стали с последующим окисле­ нием хрома во время пайки.

Хорошая спаиваемость окислов хрома со стеклом определяет широкое применение в этих спаях высокохро­ мистой стали (марки Х18ТФМ и др.). Окисление ее ре­ комендуется проводить в среде влажного водорода до появления пленки зеленого цвета, который должен со­ храняться и в готовом спае. Черная окисная пленка как и на меди, говорит о переокислении и служит признаком брака.

Титан подготавливается к пайке со стеклом нагревом на воздухе до температуры 1 100°С в течение не более

2 0 3

5 мин с последующей зачисткой наждачной шкуркой, промывкой в горячей воде и легким окислением в пла­ мени горелки. Образующаяся при этом наружная пленка особо активно сплавляется с легкоплавкими стеклами.

8-3. ОКОШЕННЫЕ СПАИ

Рассмотрим спаи нескольких наиболее широко применяемых в вакуумной аппаратуре видов. Для на­ блюдения за всевозможными операциями, производимы­ ми внутри вакуумных аппаратов, необходимы смотровые окна. В непрогреваемых аппаратах они делаются на ре­ зиновых уплотнениях. В прогреваемых системах их стек­ ла приходится впаивать в металлические оправы.

Подходящие для этой цели окошечные спаи показа­ ны на рис. 8-1 [Л. 37.] Спаи конструкции на рис. 8-1,а

ж)

Ри с. 8-1. К о н с тр у к ц и я о к о ш е ч и ы х спаеь.

е и з пригодны для более крупных окон. Спаи конструк­ ции на рис. 8-1,6, в, г и д рекомендуются для окон ма­ лого диаметра. Спаи конструкции на рис. 8-1 д/с предна­ значены для окон прямоугольного очертания. Такие спаи в основном должны быть согласованными, так как раз­ меры их довольно значительны и разница в температур­ ных коэффициентах линейного расширения здесь сказы­ вается особенно резко.

20 4

исходя из соотношения

d —£>+ (0,Ь-г- 0,8) i,

так как внутренний наплыв должен быть длиннее на 1—3 мм и массивнее наружного во 'избежание отлипа­ ния металла. Дело в том, что лезвеннымм спаями пользуются главным образом для пайки стекла с медыо, т. е. там, где тепловое расширение металла значительно больше, чем у стекла. Поэтому при остывании лезвия, изгибающегося вокруг края внутреннего на­ плыва, оно может от­ стать от внешнего, если

наплывы равны.

Спай конструкции на рис. 8-7,в осуществля­ ется с металлической трубкой, раскатанной, как показано на рис. 8-7Д На рис. 8-7,г по­ казана заготовка труб­

Рнс. 8-Л Лезвенные спаи. ки для прямого спая

(рис. 8-7,а).

Длина лезвия в зависимости от диаметра должна со­ ставлять:

а толщина кромки не более 0,2 мм (желательно дово­

заготовки. Однако последним методом можно пользовать­ ся лишь при наличии давильщика высокой квалифика­ ции, так как при неумелом давлении деталей столь ма-

2 0 8

Чистой стали до 1200°С) делается посадка стекла iui кромку металла или металлической детали в стекло в зависимости от их размеров и формы с легким нажи­ мом, обеспечивающим необходимое утапливание метал­ ла в стекло.

Для трубчатых спаев меди со стеклом двусторонним швом лучше сначала остекловать медный переходник по его конусу. Напрев пламенем произво­

--дится в более толстой части переход­

ника. Нагретый переходник сначала вставляют в стеклянную трубку на длину шва, затем отрезают конец труб­ ки так, чтобы свободного стекла за кромкой лезвия оставалось на 3—5 мм больше, чем надето на лезвие, а потом сильно размягченное свободное стекло (рис. 8-9) завертывается внутрь лез­ вия и оправками прижимается к ме­ таллу до надежного спаивания.

Нагрев в пламени горелки и спаи­ вание следует производить при непре­ рывном вращении деталей для до­

стижения равномерного прогрева. После посадки не­ обходимо выдерживать некоторое время детали не­ подвижно относительно друг друга с постепенным уменьшением нагрева до температуры отвердевания стекла.

Во время пайки от стеклодува требуется большая осторожность, так как нередко нагрев тонких кромок ме­ таллических деталей вследствие наличия посторонних включений или волосных трещин становится неравно­ мерным, появляются отдельные яркие перегретые точки, в которых может произойти выплавление или прогорание металла.

Все кромки металла, идущие в спай, не должны иметь острых углов, а должны обязательно скругляться и иметь плавные переходные линии. Далее лезвия, на­ сколько позволяет их малая толщина, должны скруг­ ляться.

Чистота обработки кромок металла под пайку долж­ на быть не хуже V 7. При этом необходимо избегать полировки с пастами или обработки наждачной шкур­ кой, заменяя ее при чистовой отделке стеклянной бума­ гой или стеклянным полотном.

210