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

После пайки производится медленное охлаждение спая в печи или в специальных приспособлениях.

Следует подчеркнуть, что путем правильного подбора скорости и порядка охлаждения металла и стекла, иног­ да умышленно неравномерного, можно получить спаи с весьма малыми температурными напряжениями, осо­ бенно в спаях ковара со стеклом. С другой стороны, при непродуманном режиме охлаждения можно получить сплошной брак даже в самых лучших конструкциях и при вполне подходящих материалах.

Дать определенные рецепты охлаждения в кратком наставлении нельзя из-за чрезвычайного разнообразия конструкций спаев, сортов стекла и металла и различия их тепловых свойств. Для достижения высоких качеств спая необходимо знать тепловые характеристики приме­ няемых материалов и в соответствии с ними подобрать и испытать режимы охлаждения спаев.

8-6. ПАЙКА КЕРАМИКИ С П О М О Щ ЬЮ УЛЬТРАЗВУКА

Если в пайке стекла речь идет только о непосред­ ственном соединении его с металлом, то пайка керамики

сметаллом осуществляется при помощи припоев и, как

ив пайке металлов, здесь существует и мягкая и твер­ дая пайка.

Мягкая пайка керамики появилась сравнительно не­ давно и осуществляется с помощью ультразвука. Собст­ венно ультразвуком производится лужение керамики,

делающее возможным дальнейшее соединение ее с кера­ микой или с металлом обычными приемами мягкой пай­ ки. Заметим здесь же, что совершенно теми же приемами с помощью ультразвука можно паять и алюминий мяг­ ким припоем.

Как известно, при воздействии ультразвука на металл через слой жидкости возникают весьма сложные явления кавитации, т. е. мгновенных микроразрывов массы жидкости с образованием множества мельчайших пузырьков ■и последующим их захлопыванием, причем на границе жидкости и твердого тела мгновенно возни­ кают микроскопические области сверхвысоких давлений. Помимо давления здесь, очевидно, возникают и электри­ ческие и химические явления и все это вместе оказывает сильнейшее воздействие на поверхность .металла или керамики, подвергающихся обработке -ультразвуком. На

алюминии ультразвук разрушает окисную пленку, ме­ шающую папке, а с поверхности керамики снимает тон­ чайший слой опудривагащих ее частиц и вскрывает все микропоры основного материала.

Действие кавитации на любые, даже самые твердые материалы настолько сильно, что там, где материал под­ вергается ей более или менее продолжительное время, происходит не только очистка поверхности, но и интен­ сивное разрушение основного материала. Поэтому про­ цесс облуживанпя нужно вести быстро и осторожно.

Керамику (алюминий, абразивы, ферриты) облуживают с помощью ультразвука припоем, состоящим из 80—90% олова и 10—20%' цинка с температурой плав­ ления 199—205°С. Ультразвук действует па материал через жидкость, следовательно, припои в момент облужнвання должен быть в жидкой фазе. Поэтому до нача­ ла облуживанпя очищенные, как обычно для пайки, де­ тали должны быть прогреты до 240—250°С, чтобы пруток припоя быстро и с достаточным перегревом плавнлся па детали. Нагрев деталей можно производить в муфельных печах пли на любом достаточно мощном электрическом нагревателе.

Самый процесс облуживанпя нагретых деталей лучше также производить на закрытой электрической плите, чтобы детали не могли преждевременно остыть.

Крупные детали во время облуживанпя можно подо­ гревать горелкой.

Облуживание производиться ультразвуковым паяль­ ником. В настоящее время промышленность выпускает несколько типов паяльников, например УП-21 (отечест­ венного производства), Milliard.

Схема ультразвукового паяльника показана на рис. 8-10. Рабочий наконечник 1 нагревается обмоткой 2. Ультразвуковые колебания, передающиеся наконечни­ ку, возбуждаются в магнитострикционном элементе 4 при помощи катушки 3, на которую подается от генера­ тора ток ультразвуковой частоты.

При облуживании наконечник включенного паяль­ ника погружают в слой жидкого припоя, покрывающего облужпваемый материал, и проводят им по поверхности материала, не останавливаясь на одном месте.

Очистка поверхности и разрушение окислов происхо­ дят под действием ультразвука очень быстро. Очищен­ ная поверхность надежно облуживается расплавлеи-

2 1 2

ным припоем, а остатки окислов и все частицы, мешаю­ щие папке, всплывают поверх припоя тонким слоем шлака, который удаляется с излишками припоя шпате­ лем или тампоном. Никакого флюса при этом применять не следует.

После облуживапня на детал'и можно нарастить:(при необходимости) любое количество мягкого припоя, или

Рис. 8-10. Схема устройства ультразвукового паяльника.

же их можно немедленно спаивать друг с другом путем легкого сжатия с небольшим дополнительным подогре­ вом, если они начали остывать.

При папке очень тонких алюминиевых детален быва­ ет достаточно тепла ультразвукового паяльника.

Вторым методом облуживапня служит погружение мелких детален в ультразвуковую ванночку с расплав­ ленным припоем. Действие такой ванны аналогично облуживанпю паяльником, но оно охватывает всю погру­ женную часть детали.

8-7. ПАЙКА ТВЕРДЫМИ ПРИПОЯМИ. МЕТОД МЕТАЛЛИЗАЦИИ

Пайка керамики с металлами твердыми припоя­ ми, способными выдерживать в работе нагрев до 500— 800°С, производится в основном двумя методами: спред-

213

верительной металлизацией керамики и методом актив­ ного .припоя (в одну операцию). Наиболее надежные и температуростойкие соединения получаются по первому методу. Но надежность спая зависит также и от сорта керамики. Лучшие спаи можно получить между метал­ лом и высокоалюмооксидными сортами керамики (на­ пример, марки миналунд, 102, 22ХС).

Металлизация основана на явлении восстановления и вжигания металла на поверхности керамики из нане­ сенного на нее слоя металлических окислов при нагреве в восстановительной или защитной среде. Таких же результатов можно достигнуть применяя для вжигания очень тонкие порошки некоторых металлов. Исследова­ ния показали [Л. 12, 38—41], что частицы металла скреп­ ляются на поверхности керамики стекловидными состав­ ляющими, которые во чзремя вжигания образуют на по­ верхности керамики жидкую фазу, цементирующую ча­ стицы металла.

Наиболее широко в настоящее время применяется металлизация с использованием паст, содержащих смеси тонких порошков молибдена и марганца с добавлением стекла. Такова, например, паста № 5 (марка П-5), реко­ мендуется среди других в работе (Л. 12]. Она состоит из 75% Мо и 20% Мп с добавкой 5% стекла марки С-48-2. Эта паста универсальна, так как позволяет металлизиро­ вать как миналунд, таки керамику типа стоал и искусст­ венные сапфир и рубин.

Вжигание пасты П-5 производится при температуре 1280—1300°С во влажной [точка росы +18 -г + 26 °С] смеси азота с водородом. При этом паста П-5 допускает широкое изменение соотношения азота и водорода в ра­ бочей смеси от 3: 1 до 1:3. Может использоваться так­ же и диссоциированный аммиак [Л. 12].

Спаи металла с высокоалюмооксидной керамикой, - полученные на основе пасты П-5, способны выдержи­ вать термоудары от 800 до 20°С без потери вакуумной плотности. Их механическая прочность при статическом

мелко. Паста замешивается на биндере из нитроклетчат­ ки, растворенной в амилацетате ('2,6 г нитроклетчатки в 100 мл амилацетата).

214

Некоторые авторы рекоМенДукЛ после молибдеибмарганцевой металлизации керамики наносить на нее и вжигать вторым слоем никель или железо. Они наносят­

наиболее затруднительно выполнение плоских соедине­ ний (рис. 8-11,6, е, oic, з), а также t цилиндрических (рис. 8-11,а, в, г), в которых даже небольшая несогла­ сованность по коэффициентам расширения приводит к нарушению соединения. Поэтому в плоских спаях при­ ходится прибегать к целому ряду конструкторских при­ емов, также рекомендованных в работе [Л. 12] и приво-

215

ДиМых нами на рис. 8-12. В них часто применяется ппаика металла между основной керамической деталью н накладным керамическим кольцом а (рис. 8-11,з). Этот же прием виден и па рис. 8-12,в и г. Применяется и об­ ратный прием: впайка керамики между двумя снммет-

Ш §§|§

' ’ О)

£

/

2

так как металлическая оправа здесь имеет форму ком­ пенсатора. Спаи (рис. 8-12,а и б) наименее техноло­ гичны.

Пайка керамики активными припоями. Этим методом можно паять керамику и монокристаллы синтетического

216

ний, которые смешиваются с припоем различными спо­ собами: изготовлением биметаллической проволоки, сме­ шением порошкообразных материалов, нанесением на место спая под припой флюсующей обмазки на основе гидридов титана или циркония.

Припоем обычно служит медно-серебряная эвтектика (ПСр-72). При изготовлении биметаллической проволоки титан или цирконий в виде проволоки или порошкового наполнителя закладывается внутрь тонкой трубки из припоя. Содержание активизатора должно составлять 7—12% массы припоя. Флюсующие обмазки состоят из гидрида титана или гидрида циркония, замешанного на биндере, состоящем из 3% нитроклетчатки (нитроцел­ люлозы), растворенной в амилацетате. Обмазка должна иметь определенную вязкость. Гидриды активных метал­ лов берутся только свежие с крупностью зерен не более 2 мкм. Обмазка наносится очень ровным слоем 10— 12 мкм, просушивается 2—3 ч при комнатной темпера­ туре, а затем 30 мин при 140 °С в сушильном шкафу.

Пайка производится в вакуумной печи с защитой от попадания масла при 820—830°С. Скорость нагрева и выдержка при температуре пайки должны регулировать­ ся в зависимости от масс соединяемых деталей, но долж­ ны обеспечивать поддержание в печи давления не выше

5 • 10-5 мм рт. ст.

фузной сварки в вакууме.

Сущность метода заключается в том, что чистая кера­ мика (стеатитовая, форстеритовая или содержащая бо­ лее 85% А120 3) при нагреве в водороде до 1 000°С плот­ но и прочно соединяется с медыо, если последнюю при­ жать к шлифованной поверхности керамики с удельным давлением 1,6—1,8 кгс/мму выдержать 10 мин в таком состоянии, а затем медленно охладить.

217

Лучшие результаты при этом .получаются с керами­ кой 22ХС. Некоторые керамики, в том числе сорт 102, требуют нанесения на поверхность соединения тонкого слоя 'марганца.

Через медный переходник (медная фольга) можно получать таким же методом соединения с коваром, не­ ржавеющей сталыо и некоторыми другими сплавами. Соединения керамики с титаном получаются не в водо­ родной, а в вакуумной печи.

Перед «пайкой» керамика шлифуется (соединения делаются по торцу плоские), промывается в горячей мыльной воде, ацетоне н спирте. Металлические детали предварительно травятся, обезжириваются и отжигаются в сухом (точка росы —30°С) водороде, медные — при 600 °С, а коваровые — при 800°С.

Пайка производится в сравнительно влажном водоро­ де: точка росы от +5°С до —5° С.

Соединения, выполненные этим методом, показали большую механическую прочность и термостойкость, не­ жели паянные методом металлизации.

Глава девятая

ТЕХНОЛОГИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ФЛЮСОВ И ПРИПОЯ 34-А

9-1. Ф ЛЮ СЫ

Флюс 18-В: для панки нержавеющих сталей, сплавов типа нихрома, никеля и его сплавов серебряными припоями с температу­ рой плавления до 800 °С.

Состав флюса, %:

С п о с о б ы п р и г о т о в л е н и я . Способ /. 1. Фтористый калий до отвешивания обезводить путем прокаливания при температуре 250—300 °С в плоской чашке или на противне из нержавеющей стали

втечение 5—6 ч.

2.Отвесить обезвоженный фтористый калий и борную кислоту по рецепту.

3. Тщательно смешать компоненты и расплавить в кварцевой или фарфоровой чашке.

?!§

4. Расплавленным, флюс размешать фарфоровым или кварцевым стержнем н разлить топким слоем на чистой чугунной плите.

5.Застывший флюс разбить на кусочки и сохранять в герметич­ ной посуде (флюс весьма гигроскопичен).

6.Перед лайкой растирать флюс в фарфоровой ступке в мелкий порошок. Употреблять, замешивая кашицей на воде или спирте.

Способ II. 1. Обезводить фтористый калий, как было указано ранее.

выпарить раствор до консистенции густого желе. Растворять и вы­ паривать в фарфоровой посуде млн чашках из нержавеющей стали.

Следует иметь в виду, что впаренный флюс с течением времени затвердевает и при этом крепко схватывается с фарфором. Поэтому его следует в 'начале затвердевания измельчать и в виде мелких кусков хранить в стеклянной герметичной посуде.

Флюс, имеющий консистенцию желе, кладется на место спая стальным узким шпателем. Затвердевший флюс размалывается в по­ рошок и замешивается перед употреблением в кашицу на воде или

6 мм в поперечнике, а затем размолоть в фарфоровой шаровой мельнице до состояния пудры. Хранить в банке с резиновой пробкой.

Борный ангидрид можно получить из борной кислоты, расплавив

еев фарфоровом тигле.

3.-Приготовленные указанным образом мелкодробленый фторис­

тый калий, пудру из борного ангидрида и фторборат калия отвесить по рецепту, смешать и размолоть вместе в фарфоровой мельнице до состояния тонкой пудры. Молоть в течение 5—6 ч.

воде, спирте пли четыреххлористом углероде, так и в виде сухого порошка (при нагреве токами высокой частоты).

Флюс 201: для пайки тугоплавкими серебряными припоями, ла­ тунью и медью изделий из конструкционной стали, нержавеющей стали и жаростойких оплавов Флюс сохраняет активность в интер­ вале температур 850—1 100 °С.

219

вбанке с резиновой пробкой.

2.Отвесить приготовленную пудру

Флюс 34-А: для пайки алюминия с алюминием и алюминия с ни­ келем или серебром припоем 34-А при температуре 5’25—530 °С пли силумином при температуре около 580 °С. Выпускается отечественной химической промышленностью.

22 0