Справочник работника механического цеха - Каценеленбоген М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Обычно применяют четыре широко распространенных типа: внешний; конусный; внутренний и пуговичный.
Внешний спай (рис. 14,а) — «сжимающий» спай — имеет преимущества, поскольку в нем используется то, что прочность керамики при сжатии во много раз превышает прочность на растяжение. Алундовая керамика может иметь предел прочности на сжатие, превышающий 140 кгс/мм2 (I1 370-106 н/м2) в зависимости от состава. Предел прочности на растяжение составляет от 12 до 25 кгс/мм2 (от 117- 106 до 242 • 106 н/м2). Поэтому, где возможно, безусловно, следует конструировать соединения металл — керамика так, чтобы спай испытывал напряжения сжатия. Это относится к внешнему спаю, так как коэффициент расширения металла больше, чем керамики.
Конусные спаи (рис. 14,6) широко используются в типичных конструкциях изоляторов. Наряду с тем что этот спай является «сжимающим», конусный спай имеет еще ряд преимуществ. Он является самоцентрирующим-ся, что существенно из конструктивных соображений; кроме того, конус сводит зазор между металлом и керамикой к минимуму, что позволяет увеличить допуск и делает эти узлы более дешевыми в изготовлении.
Напряжения во внутреннем спае (рис. 14,в) представляют более сложную проблему, чем во внешнем. Из-за того что металл имеет большую величину коэффициента расширения, чем керамика, при нагреве, если металл достаточно массивен или прочен, в керамике могут возникнуть трещины. Поскольку радиальные напряжения являются
50
200 4-00 600 800 1000 120й Температура, °С
Рис. 15. Термическое рас* ширеиие некоторых сплавов железо— никель.
Рис. 16. Плоский спай.
1 — пайка; 2 — металлическое кольцо, 3 — встречное керамическое кольцо.
растягивающими, то шов может открываться при охлаждении. Этого не случится, если металл окажется достаточно пластичным, чтобы удерживаться припоем. Одно из решений этой проблемы заключается в том, чтобы подобрать такой металл, температурный коэффициент линейного расширения которого по возможности лучше согласовывался с температурным коэффициентом линейного расширения керамики. Ковар в этом смысле является хорошим выбором, поскольку его кривая расширения очень близка к кривой для высокоглиноземисгой керамики (рис. 15). Молибден также обладает подходящим температурным коэффициентом линейного расширения. Никель может быть использован из-за его пластичности и способности в связи с этим гасить напряжения.
Иногда применяют плоские спаи металла с керамикой (рис. 16). В них чаще всего используют спай по плоскости, по которой соприкасаются состыкованные металлические и керамические детали. На рисунке .представлен самый прочный из плоских спаев, в котором керамика лежит по обе стороны металла.
Тем не менее, где это возможно, керамическая часть должна выполняться с буртиком (выточкой) или другим профилем, например колпачком, как на рис. 14,а, чтобы можно было применять внешний спай вместо плоского.
В тех случаях, когда керамику нужно соединить с массивной металлической деталью, фланцы следует выполнять с элементами сильфонов (гофрами) или мембран, которые гасят напряжения, возникающие при изменениях температуры. Примером такого решения является фланец на изоляторе, представленном на рис. 14,а.
'При правильном конструировании лучше всего использовать по возможности металлические детали с более тонким сечением. Чем тоньше металл, тем меньше величина напряжений, воздействующих на металл и керамику. Металл для внешних спаев, должен иметь максимальную толщину от 0,50 до 0,75 мм ((рис. 14,а). Для внутренних спаев металл обычно не должен быть толще 0,25—0,38 мм. Тем не менее иногда в специальных случаях оказывается возможным впаивать вводы диаметром до 0,76 мм (рис. 14,в).
Трубки могут применяться для изготовления вводов большого диаметра с большим успехом, чем сплошная проволока или прутки, поскольку они легче переносят действие напряжений (см. рис. 14,в). Для плоских спаев металл не должен быть толще
0,38 мм. Тем не менее в штабельных конструкциях может применяться более толстый металл (см. рис. 16).
Результирующее напряжение разделяется между керамическими деталями по обе стороны металла. Встречное керамическое кольцо следует применять во всех случаях, когда это позволяют габариты.
Молибден-марганцевый метод может быть использован для металлизации алун-довой или бериллиевой керамики перед пайкой. Он хорошо подходит для прецизионных деталей повышенного качества. Порошковая смесь из 80% молибдена и 20% марганца крупностью 1—5 мкм и чистотой не менее 99% размешивается в растворе, состоящем из нитроклетчатки и других связующих веществ. Функция связки заключается в том, чтобы поддерживать металлические частицы в виде суспензии и способствовать адгезии порошка на керамической поверхности перед отжигом. Связка полностью выгорает при отжиге.
Металлическая смесь наносится слоем однородной толщины на керамическую поверхность. Способы нанесения могут быть различны: кистью, пульверизацией, накаткой, роликом или глубоким погружением. При этом следует принимать меры, обеспечивающие локализацию металлизации только на нужных участках керамики. После сушки керамическая деталь помещается в печь с тщательно контролируемой атмосферой водорода при температуре от 1 350 до 1 525 °С в зависимости от состава керамики. Деталь выдерживается при максимальной температуре в течение 20—30 мин, а затем охлаждается до близкой к комнатной в атмосфере водорода. При отжиге металлический порошок спекается и соединяется с керамикой, проникая в нее и образуя прочный покров. Металлизирующее покрытие обычно имеет толщину от 0,025 до 0,038 мм.
