О возможности пайки ниобия с алюмооксидной керамикой ВК94-1 медью и медно-никелевыми припоями без приложения давления

Исследовано влияние добавок Ni в медь на смачивание ниобия. Показано, что введение даже 1% (мас.) Ni снижает контактный угол с 70—85 до 30—35 град, а добавка Ni до 7% (мас.) в насыщенную ниобием медь на смачивание керамики ВК94-1 практически не влияет. Однако присутствие никеля в меди существенно из...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2015
1. Verfasser:	Журавлев, В.С.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 2015
Schriftenreihe:	Адгезия расплавов и пайка материалов
Schlagworte:	Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/125891
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	О возможности пайки ниобия с алюмооксидной керамикой ВК94-1 медью и медно-никелевыми припоями без приложения давления / В.С. Журавлев // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2015. — Вып. 48. — С. 94-102. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-125891
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1258912017-11-09T03:02:55Z О возможности пайки ниобия с алюмооксидной керамикой ВК94-1 медью и медно-никелевыми припоями без приложения давления Журавлев, В.С. Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов Исследовано влияние добавок Ni в медь на смачивание ниобия. Показано, что введение даже 1% (мас.) Ni снижает контактный угол с 70—85 до 30—35 град, а добавка Ni до 7% (мас.) в насыщенную ниобием медь на смачивание керамики ВК94-1 практически не влияет. Однако присутствие никеля в меди существенно изменяет микроструктуру паяного шва: на границе с ниобием появляется новая прослойка с микротвердостью 7,1—7,3 ГПа и исчезают глобулы, наблюдаемые в системе Cu—Nb. Предложены методика и устройство для определения температурной зависимости прочности при изгибе. Досліджено вплив добавок Ni в мідь на змочування ніобію. Показано, що введення навіть 1% (мас.) Ni знижує контактний кут з 70—85 до 30—35 град а добавка 7% (мас.) в насичену ніобієм мідь на змочування кераміки ВК94-1 практично не впливає. Присутність Ni в Cu суттєво змінює мікроструктуру паяного шва: на межі з ніобієм з’являється новий прошарок з мікротвердістю 7,1—7,3 ГПа і зникають глобули, які спостерігалися в системі Cu—Nb. Запропоновано методику та пристрій для визначення температурної залежності міцності при вигині. The effect of Ni addition to copper on wetting of niobium-substrate illustrates that additive of even 1% Ni decreases of contact angles from 70—85 to 30—35 deg. The addition of 7% Ni to copper which was saturated by niobium almost not influence on wetting of ВК94-1 ceramics. The presence of Ni in Cu melt significantly alters the microstructure of brazed seam: on the border with niobium is formed a new layer with microhardness about 7,1—7,3 GPa and disappear globules which were observed in Cu—Nb system. The technique and special device for determining the temperature dependence of the bending strength were elaborated. 2015 Article О возможности пайки ниобия с алюмооксидной керамикой ВК94-1 медью и медно-никелевыми припоями без приложения давления / В.С. Журавлев // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2015. — Вып. 48. — С. 94-102. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0136-1732 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/125891 621.791.3.016.623:621.791.052:539.4546.882 ru Адгезия расплавов и пайка материалов Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов
spellingShingle	Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов Журавлев, В.С. О возможности пайки ниобия с алюмооксидной керамикой ВК94-1 медью и медно-никелевыми припоями без приложения давления Адгезия расплавов и пайка материалов
description	Исследовано влияние добавок Ni в медь на смачивание ниобия. Показано, что введение даже 1% (мас.) Ni снижает контактный угол с 70—85 до 30—35 град, а добавка Ni до 7% (мас.) в насыщенную ниобием медь на смачивание керамики ВК94-1 практически не влияет. Однако присутствие никеля в меди существенно изменяет микроструктуру паяного шва: на границе с ниобием появляется новая прослойка с микротвердостью 7,1—7,3 ГПа и исчезают глобулы, наблюдаемые в системе Cu—Nb. Предложены методика и устройство для определения температурной зависимости прочности при изгибе.
format	Article
author	Журавлев, В.С.
author_facet	Журавлев, В.С.
author_sort	Журавлев, В.С.
title	О возможности пайки ниобия с алюмооксидной керамикой ВК94-1 медью и медно-никелевыми припоями без приложения давления
title_short	О возможности пайки ниобия с алюмооксидной керамикой ВК94-1 медью и медно-никелевыми припоями без приложения давления
title_full	О возможности пайки ниобия с алюмооксидной керамикой ВК94-1 медью и медно-никелевыми припоями без приложения давления
title_fullStr	О возможности пайки ниобия с алюмооксидной керамикой ВК94-1 медью и медно-никелевыми припоями без приложения давления
title_full_unstemmed	О возможности пайки ниобия с алюмооксидной керамикой ВК94-1 медью и медно-никелевыми припоями без приложения давления
title_sort	о возможности пайки ниобия с алюмооксидной керамикой вк94-1 медью и медно-никелевыми припоями без приложения давления
publisher	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
publishDate	2015
topic_facet	Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/125891
citation_txt	О возможности пайки ниобия с алюмооксидной керамикой ВК94-1 медью и медно-никелевыми припоями без приложения давления / В.С. Журавлев // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2015. — Вып. 48. — С. 94-102. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
series	Адгезия расплавов и пайка материалов
work_keys_str_mv	AT žuravlevvs ovozmožnostipajkiniobiâsalûmooksidnojkeramikojvk941medʹûimednonikelevymipripoâmibezpriloženiâdavleniâ
first_indexed	2025-07-09T03:56:55Z
last_indexed	2025-07-09T03:56:55Z
_version_	1837140192277823488
fulltext	ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2015. Вып. 48 94 УДК 621.791.3.016.623:621.791.052:539.4546.882 В. С. Журавлев* О ВОЗМОЖНОСТИ ПАЙКИ НИОБИЯ С АЛЮМООКСИДНОЙ КЕРАМИКОЙ ВК94-1 МЕДЬЮ И МЕДНО-НИКЕЛЕВЫМИ ПРИПОЯМИ БЕЗ ПРИЛОЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ Исследовано влияние добавок Ni в медь на смачивание ниобия. Показано, что введение даже 1% (мас.) Ni снижает контактный угол с 70—85 до 30—35 град, а добавка Ni до 7% (мас.) в насыщенную ниобием медь на смачивание керамики ВК94-1 практически не влияет. Однако присутствие никеля в меди существенно изменяет микроструктуру паяного шва: на границе с ниобием появляется новая прослойка с микротвердостью 7,1—7,3 ГПа и исчезают глобулы, наблюдаемые в системе Cu—Nb. Предложены методика и устройство для определения температурной зависимости прочности при изгибе: образец в специальном устройстве нагружают постоянной изгибающей нагрузкой, загружают устройство в печь, нагревают и фиксируют температуру разрушения балки (образца). Исследования прочности показали, что прочность керамики ВК94-1 при комнатной температуре составляет 280—340 МПа и сохраняется до 700—760 ºС, а затем уменьшается до 170 МПа. Прочность паяных соединений при комнатной температуре составляет 240— 310 МПа, при 780 ºС снижается до120 МПа, а при 900 ºС — до 50 МПа. Температура распайки несколько превышает температуру плавления меди. Влияния добавки никеля в медь в пределах 3—7% на прочность паяных соединений не установлено. Разрушение паяных образцов происходит по керамике на расстоянии 0,1—0,4 мм от паяного шва. Понижение режимов пайки приводит к уменьшению прочности соединений. В ходе исследований установлено, что пайка ниобия с неметаллами припоями на основе меди и медно-никелевыми сплавами может выполняться без применения вакуумного прессового оборудования. Ключевые слова: смачивание, пайка неметаллов, Nb-содержащий припой, свойства паяных соединений. Введение В последнее время активно разрабатываются технологии соединения (пайки) тугоплавких металлов с неметаллами на основе оксидов, нитридов и других неметаллических материалов с использованием Nb-содержащих металлических расплавов. Они позволяют получать паяные соединения с высокими техническими характеристиками. При этом разрабатывают такие способы и режимы пайки, при которых происходит частичная или полная изотермическая кристаллизация расплава припоя. Подобные технологии в литературе известны как LFAJ (liquid—film—assisted joining), TLP (transient liquid phase), PTLP (partial transient liquid—phase) и др. [1—6]. Для получения паяных соединений используют тонкие прослойки припоев (единицы микрометров), прокладывают их между химически активным металлом и неметаллом, прикладывают давление (2—5 МПа) и делают значительные изотермические выдержки при температуре соединения. Характерным примером технологии LFAJ может быть соединение ниобиевой ленты толщиной 127 мкм с алюмооксидной * В. С. Журавлев — кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, Киев.  В. С. Журавлев, 2015 ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2015. Вып. 48 95 керамикой c использованием медной пленки [4—6]. Для этого на ленту или керамику наносят слой меди толщиной 3 мкм, собирают паяемую деталь и помещают в вакуумный пресс для горячего прессования. Прикладывают давление 2,2 МПа и более, нагревают до 1150—1450 ºС с последующей изотермической выдержкой продолжительностью от нескольких десятков минут до нескольких часов. При этом ниобий растворяется в меди и, как химически активный к кислороду элемент, хемосорбируется на оксидном материале, а медь оттесняется в межзёренные выемки на ниобии [4]. Такая технология позволяет получать термостойкие высокотемпературные соединения. К ее недостаткам следует отнести то, что для процесса необходимо иметь вакуумный пресс для горячего прессования. Величина прикладываемой нагрузки на деталь зависит от ряда параметров: толщины ниобиевой подсоединяемой части, ее плоскостности, чистоты обработки и др. Медь относительно плохо смачивает ниобий, краевые углы в зависимости от разрежения и состава рабочей газовой среды пресса, а также от состояния поверхности ниобия при плавлении меди составляют 64—85 град [7]. Цель работы — определить возможности пайки ниобия с алюмо- оксидной керамикой ВК94-1 медным и медно-никелевым припоями без приложения давления, то есть пайки в стандартных вакуумных печах, используемых для данных работ, и изучить термомеханические свойства получаемых таким способом соединений. При этом важно установить влияние добавок никеля в меди на смачивание паяемых материалов, изменение микроструктуры паяного шва, а также определить температурную зависимость прочности при изгибе паяных соединений керамика-ниобий-керамика. Для определения прочности необходимо разработать методику и приспособление, позволяющие проводить данные исследования в стандартной вакуумной печи для изготовления паяных соединений. Материалы, методики проведения экспериментов и оборудование Исходными материалами выбраны ниобий чистотой 99,9% (мас.) вакуумной плавки, медь чистотой 99,999% (мас.), никель электролити- ческий чистотой 99,9% (мас.), ниобиевая фольга чистотой 99,9% (мас.) толщиной 0,05 и 0,3 мм, полированные пластинки из лейкосапфира (99,95% Al2O3) толщиной 0,3 мм и керамика ВК94-1 (шихтовый состав: (% (мас.)), Al2O3—2,8SiO2—2,4MnO—0,3Cr2O3). Фольгу толщиной 0,05 мм использовали для пайки, а толщиной 0,3 мм — для смачивания. Медь переплавляли, а ее сплавы с никелем готовили в вакуумной печи на подложках из Al2O3. Фольгу из этих сплавов (с содержанием никеля до 7% (мас.)) толщиной 0,04 мм получали прокаткой при комнатной температуре. Образцы из керамики ВК94-1 для смачивания и пайки вырезали алмазным диском и шлифовали алмазным порошком зернистостью 7/10 мкм. Эксперименты по смачиванию, пайке и испытанию на изгиб проводили в вакуумных печах с разрежением (5—10)·10-3 Па. Исследования по смачиванию выполнены двумя способа- ми: методом лежащей капли и частичным погружением вертикально расположенной пластины из исследуемого материала в исследуемый ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2015. Вып. 48 96 расплав с последующим неполным извлечением ее из расплава. Последняя методика позволяет определять контактные углы как натекания, так и оттекания. Паяные образцы получали пайкой двух керамических стержней диаметром 13 мм и высотой 13 мм, из которых вырезали по 4 балки размером 3 х 3 х 26 мм. В отдельных экспериментах использовали образцы размером 2,5 х 2,5 х 26 мм. Припой, состоящий из ниобиевой пластинки с обкладками с двух сторон из медной или медно-никелевой фольги, размещали между керамическими стержнями. При пайке образцы для фиксации незначительно пригружали (0,12—0,15 кПа). Температуру варьировали (исходя из данных работ [8, 9]) в пределах 1120—1150 °С, а продолжительность изотермической выдержки — в интервале 15—30 мин. В отдельных экспериментах один из паяемых керамических стержней заменяли тонкой прозрачной полированной пластинкой из лейкосапфира, что позволило, наблюдая в микроскоп, через нее увидеть микроструктуру контактной зоны на большой площади, непосредственно прилегающей к неметаллу, и более полно оценить роль добавок никеля в медный припой. Исследования температурной зависимости прочности при изгибе выполняли по следующей методике: образцы в специальном устройстве нагружали задаваемым усилием и нагревали со скоростью 8—10 оС/мин. При этом фиксировали температуру разрушения образца. Последний разрушался хрупко. Для проведения данных исследований сконструирова- но и изготовлено специальное устройство рычажного типа, которое с установленным в него образцом помещали в обычную вакуумную печь для пайки. Испытания осуществляли по трехточечной схеме. Разрушение образца фиксировалось по замыканию специальных электрических контактов и подачей соответствующего сигнала. Следует особо отметить, что в данном исследовании обработку всех паяемых деталей (очистку, шлифовку, отмывку) и пайку проводили в условиях, приближенных к промышленному производству паяных соединений, то есть полученные результаты по смачиванию и прочности паяных соединений максимально приближены к характеристикам паяемых деталей. Результаты исследований и их обсуждение Исследование смачивания ниобиевой фольги медью показало, что контактные углы при ее плавлении составляют 75—85 град. В максимально чистых условиях, согласно работе [7], они равны 76 град. Введение в медь даже 1% (мас.) никеля снижает их до 35—40 град. Контактные углы натекания меди, насыщенной ниобием, на керамике составляют 95—110 град. Добавка в сплав меди, насыщенной ниобием (≤2% (ат.)), до 7% (мас.) Ni не приводит к заметному изменению смачивания керамики (метод лежащей капли), краевые углы составляют 94—100 град. При погружении пластинки из ВК94-1 в расплав Cu—5% Ni, выдержанный 30 мин в тигле из ниобия (рис. 1), угол натекания составля- ет более 90 град, а при ее извлечении часть пластины, контактировавшая с расплавом, остается полностью покрытой металлом. Такое явление указывает на то, что медно-никелевый расплав, насыщенный ниобием и помещенный в твердом состоянии между двумя ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2015. Вып. 48 97 керамическими пластинами, после расплавления капиллярными силами не будет удалён из паяльного зазора. Причиной большого гистерезиса смачивания керамики ВК94-1 является различие во взаимодействии ниобия с компонентами керамики. Так, в работе [10] показано, что в алюмооксидной керамике, содержащей даже 0,5% (мас.) диоксида кремния, на контактной границе с ниобием образуются локальные точечные участки силицидов ниобия, которые хорошо смачиваются металлическими расплавами [8]. Рис. 1. Натекание и оттекание расплава Cu—Ni—Nb с пластинки из ВК94-1 при T = 1150 °C: а — погружение пластинки в расплав; б. в — частичное и полное извлечение соответственно Fig. 1. Advancing and receding Cu—Ni—Nb melt from ВК94-1 ceramic plate T = 1150 °C: а — when plate is immersed into the melt; б. в — partial and complete extractions Рис. 2. Микроструктура паяного шва ниобия (δ = 50 мкм) с сапфиром и керамикой Al2O3 медью и сплавом Cu—5Ni, полученных при 1150 °С, выдержка 15—30 мин: а—в — вид через сапфир; г, д — поперечный разрез Fig. 2. Microstructure of niobium brazed seam (δ = 50 mkm) with sapphire and ceramic Al2O3 which were received using copper and Cu—5Ni alloy (T = 1150 °C, 15—30 min): а—в — the view through a sapphire; г, д — cross section а б в а б г д в ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2015. Вып. 48 98 Исследования контактного взаимодействия расплавов Cu—Nb и Cu— Ni—Nb с алюмооксидными материалами (лейкосапфиром и керамикой ВК94-1) показали (рис. 2), что даже небольшие добавки никеля в медь существенно влияют и на микроструктуру паяного шва. Так, через прозрачную пластинку лейкосапфира видно, что из меди, контактировав- шей с ниобием при 1150 °C в течение 30 мин, при кристаллизации выделяются глобулы с микротвердостью 1,0—1,3 ГПа (рис. 2, а). По данным работы [11], при электродуговой плавке шихты Cu— 20% (мас.) Nb микроструктура сплава состоит из медной матрицы (100% Cu) и сферических частиц, содержащих более 96% (мас.) ниобия. Из медного расплава с 5% (мас.) никеля после 15 мин выдержки при кристаллизации выделяются дисперсные включения (рис. 2, б), а после 30 мин появляются более крупные частицы (рис. 2, в), по форме отличающиеся от глобул. Микроструктуры поперечных сечений паяных швов также обнаруживают существенные различия в их структуре (рис. 2, г, д). Из медного расплава выделяются отдельные глобулы с микротвердостью 1,3 ГПа (исходя из фазовой диаграммы [12], они содержат до 98% (мас.) Nb), а из расплава Cu—Ni никель сорбируется на ниобии, образуя соединение, вероятно Ni3Nb, с содержанием меди около 15% (мас.) [13]. Микротвердость его составляет 7,1—7,3 ГПа. Присутствие никеля в медном растворе приводит к небольшому увеличению растворения ниобия [13], в результате чего повышается и микротвёрдость медного сплава, очевидно содержащего дисперсные включения, с 0,7 до 1,0 ГПа. На рис. 2, а—в видны царапины на лейкосапфире, которые не наблюдались до пайки. Это свидетельствует о некотором растворении монокристалла оксида алюминия (особенно в местах его скрытых дефектов) в ниобийсодержащем расплаве, о чем отмечалось ранее в работах [8, 9]. Результаты исследований температурной зависимости прочности использованной нами керамики и паяных соединений при изгибе приведены на рис. 3. Видно, что прочность самой керамики при комнатной температуре составляет 280—340 МПа и сохраняется до 700— 760 °С, а затем уменьшается до 170 МПа. Это, вероятно, вызвано изменением состояния стеклофазы керамики (ее размягчения). По данным работы [14], прочность ВК94-1 при изгибе при 20 ºС составляет 400 МПа, а при 1000 ºС — 90 МПа. Паяные соединения, полученные при 1150 °С и изотермической выдержке 30 мин, практически все разрушались по керамике на расстоянии 0,1—0,4 мм от паяного шва. Добавки никеля в медь до 7% (мас.) способствовали лишь незначительному повышению прочности. Влияния введения никеля в медь в пределах 3—7% (мас.) на прочность не установлено. При комнатной температуре она составляет 240—310 МПа, при 780 °С снижается до 120 МПа, а при 900 °С — до 50 МПа. Таким образом, добавки никеля в медь улучшают смачивание ниобиевой вставки, заполнение припоем паяльного зазора, а также снижают некоторую податливость припоя в шве, что полезно для работы соединений при повышенных температурах и в условиях частых теплосмен. Большое содержание никеля в припое, очевидно, нежелательно из-за увеличения толщин прослоек в системе Ni—Nb. При снижении ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2015. Вып. 48 99 Рис. 3. Температурная зависимость прочности при изгибе керамики ВК94-1 и ее паяных соединений с ниобием (δ = 50 мкм) медным и медно-никелевыми (3—7% (мас.) Ni) припоями (δ = 40 мкм) (1150 ºC, 30 мин) Fig. 3. The temperature dependence of the bending strength of ВК94-1 ceramics, and its brazed joints to niobium (δ = 50 mkm) with copper and copper–nickel (3—7% (wt.) Ni) fillers (δ = 40 mkm) (1150 ºC, 30 min) Рис. 4. Керамический паяный образец, повторно нагретый до 1100 ºС под нагрузкой 0,15 МПа, и вид торцов керамики после расплавления шва [(Cu—5Ni)— Nb 50 мкм — ( Cu—5Ni)]. Фото при 1100 ºС Fig. 4. Ceramic brazed sample which was re-heated to 1100 °C under a load of 0,15 MPa, and the view of ceramics ends after melting of the seam [(Cu—5Ni)—Nb 50 µm — ( Cu—5Ni)]. Photo 1100 ºС ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2015. Вып. 48 100 температуры пайки до 1120—1130 °С и уменьшении изотермических выдержек до 30 мин прочность паяных соединений воспроизводилась значительно хуже и часто при испытаниях они разрушались хрупко по приконтактной зоне с керамикой. Обращает особое внимание прочность при температурах, приближаю- щихся к температуре плавления меди и даже превосходящих ее. На рис. 4 приведена фотография ранее паяной балки припоем Cu—5Ni со вставкой из Nb, нагретой до 1100 °С (на фото внизу видна капля расплавившейся чистой меди). Образец под нагрузкой 0,15 МПа изогнулся в шве, а припой принял клинообразную форму. На снимке, внизу слева показаны поверхности керамики после расплавления (разрушения) шва: торцы полностью металлизированы. Данный эффект может быть вызван образованием на поверхности керамики более тугоплавких соединений (кроме силицидов ниобия) системы Nb—Ni, например NbNi3. В случае пайки чистой медью в таких же экспериментах торцы распаянного шва в большинстве случаев или оголяются, или металлическое покрытие на керамике имеет пятнистый вид. Выводы В результате проведенных исследований показано, что небольшие добавки никеля в медь положительно влияют на смачивание ниобия, а также улучшают условия формирования паяного шва и изменения его структуры. Установлено различие в микроструктуре паяного шва при использовании в качестве основы припоя меди или медно-никелевых сплавов. Поверхность керамики после распайки припоев Cu—Ni остаётся полностью покрытой металлом, что, вероятно, вызвано образованием в шве более тугоплавких соединений типа NbNi3. Предложенные в работе методика и устройство для измерений температурной зависимости прочности паяных соединений при изгибе позволили измерить данные характеристики при температурах до 1100 ºС. Результаты измерений показали высокую прочность пайки при изгибе даже при 750—800 °С (120 МПа), а при 900 °С — 50 МПа. Разрушение паяных образцов в основном происходит по керамике. Показано, что высококачественные относительно тугоплавкие паяные соединения ниобия с неметаллами с использованием в качестве припоев меди и медно-никелевых сплавов можно получать в вакуумных печах без применения прессового оборудования. РЕЗЮМЕ. Досліджено вплив добавок Ni в мідь на змочування ніобію. Показано, що введення навіть 1% (мас.) Ni знижує контактний кут з 70— 85 до 30—35 град а добавка 7% (мас.) в насичену ніобієм мідь на змочування кераміки ВК94-1 практично не впливає. Присутність Ni в Cu суттєво змінює мікроструктуру паяного шва: на межі з ніобієм з’являється новий прошарок з мікротвердістю 7,1—7,3 ГПа і зникають глобули, які спостерігалися в системі Cu—Nb. Запропоновано методику та пристрій для визначення температурної залежності міцності при вигині. Зразок у спеціальному пристрої навантажують постійним навантаженням, що вигинає, нагрівають і фіксують температуру його руйнування. ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2015. Вып. 48 101 Дослідження показали, що міцність кераміки ВК94-1 при кімнатній температурі становить 280—340 МПа і зберігається до 700—760 ºС, а потім зменшується до 170 МПа. Міцність паяних з’єднань при кімнатній температурі становить 240—310 МПа, при 780 ºС знижується до 120 МПа, а при 900 ºС — до 50 МПа. Температура розпаювання трохи перевищує температуру плавлення міді. Впливу добавок нікелю до розплаву міді в межах 3—7% (мас.) на міцність пайки не встановлено. Руйнування паяних зразків відбувалося по кераміці на відстані 0,1—0,4 мм від паяного шва. Зниження режимів паяння призводило до зменшення міцності з’єднань. В результаті досліджень встановлено, що високоякісне паяння ніобію з неметалами припоями на основі міді та мідно-нікелевих сплавів може виконуватися без застосування вакуумного пресового устаткування. Ключові слова: змочування, пайка оксидів, Nb-вміщуючий припій, властивості паяних з’єднань. 1. McKeown J. T. Processing of alumina-niobium interfaces via liquid-film- assisted joining / [J. T. McKeown, J. D. Sugar, R. Gronsky, A. M. Glaeser] // Welding J. — 2005. — P. 41—51. 2. Sugar J. D. Transient-liqid-phase and liquid-film-assisted joining of ceramics / [J. D. Sugar, J. T. McKeown, T. Akashi et al.] // J. Europian Ceram. Soc. — 2006. — 26. — P. 363—372. 3. Sugar J. D. Liquid-film-assisted formation of alumina/niodium interfaces / J. D. Sugar, J. T. McKeown, R. A. Marks // J. Amer. Ceram. Soc. — 2003. — 85, No. 10. — P. 2523—2530 4. Shalz M. L . Ceramic joining: III. Bonding of alumina via Cu/Nb/Cu interlayers / [M. L. Shalz, B. J. Dalgleish, A. P. Tomsia et al.] // J. Mater. Sci. — 1994. — 29. — P. 3678—3690. 5. Marks R. A. Joining of alumina via copper/niobium/copper interlayers / [R. A. Marks, D. P. Chapman, T. Danielson, A. M. Glaeser] // Acta Mater. — 2000. — 48, No. 18—19. — P. 4425—4438. 6. Marks R. A. Ceramic joining: IV. Effects of processing conditions on the properties of alumina joined via Cu/Nb/Cu interlayers / R. A. Marks, J. D. Sugar, and A. M. Glaeser // J. Mater. Sci. — 2001. — 36. — P. 5609—5624. 7. Delima O. F. Wetting characterictics of copper on niobium / O. F. Delima, M. Krehl, Schuzek // Ibid. — 1985. — 20. — P. 2464—2470. 8. Zhuravlev V. S. Wetting and interface microstructure in the system of Al 2O3—SiO2 based ceramics / Nb-containing melts. / [V. S. Zhuravlev, N. Yu. Taranets, A. Yu. Koval et al.] // The Open Ceram. Sci. J. — 2012. — 2. — P. 8—14. 9. Журавлев В. С. Капиллярные и контактные процессы при взаимодействии Nb-содержащих расплавов с материалами системы Al 2O3—SiO2 при пайке оксидной керамики с тугоплавкими металлами / [В. С. Журавлев, Н. Ю. Таранец, А. Ю. Коваль и др. ] // Збір. наук. праць Національного ун-ту кораблебудування. — 2009. — № 3. — C. 38—46. ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2015. Вып. 48 102 10. McKeown J. T. Effects of impurities on alumina-niobium interfacialmicrostructures / [J. T. McKeown, J. D. Sugar, R. Gronsky, and A. M. Glaeser] // Mater. Charact. — 2006. — 57. — P. 50—57. 11. Gluchowski W. Microstructural characterization of high strens conductivity Cu—Nb microcomposite wires / [W. Gluchowski, J. P. Storama, Z. M. Marszowcki et al.] // J. Achievements Mater. Metalurgical. Enginiring. — 2011. — 46. — P. 40—48. 12. Massalski T. B. Binary Alloy Phase Diagrams / T. B. Massalski and H. Okamoto. — OH: ASM Internat./Materials Park, 1990. 13. Li P. Diffusion bonding titanium to stainless steel using Nb/Cu/Ni multy- interlayer // Mater. Caracterization. — 2012. — 68. — P. 62—67. 14. Паяння матеріалів:. (Підручник) /За загальною ред. В. Ф. Хорунова і В. Ф. Квасницького. — Миколаїв : НУК, 2015. — 337 с. Поступила 04.07.15 Zhuravlev V. S. About the possibility of brazing of niobium to alumina ВК94-1 ceramics by copper and copper-nickel brazing fillers without applying pressure The effect of Ni addition to copper on wetting of niobium-substrate illustrates that additive of even 1% Ni decreases of contact angles from 70—85 to 30— 35 deg. The addition of 7% Ni to copper which was saturated by niobium almost not influence on wetting of ВК94-1 ceramics. The presence of Ni in Cu melt significantly alters the microstructure of brazed seam: on the border with niobium is formed a new layer with microhardness about 7,1—7,3 GPa and disappear globules which were observed in Cu—Nb system. The technique and special device for determining the temperature dependence of the bending strength were elaborated: the sample is loaded in device at the constant bending load, is heated and fixed beams destruction temperature. Studies have shown that the ceramics strength at room temperature is 280—340 MPa, and saved up to 700—760 ºC, then decreases up to 170 MPa. The mechanical strength of brazed joints at environment temperatures is 240—310 MPa, at 780 ºC — reduced up to 120 MPa, and at 900 ºC — respectively up to 50 MPa. The brazing temperature is slightly higher than the copper melting point. The effects of the introduction of nickel to copper in the range of 3—7% on the strength of brazed joints are not installed. The destruction of the brazed samples occurred in ceramics at a distance of 0,1—0,4 mm from the brazed seam. Lowering the soldering conditions led to decrease in the strength of connections. As a result of the researches it was shown that brazing of the niobium and non-metals with use of fillers on base of copper and copper — nickel alloys can be carry out without using of vacuum pressing equipment. Keywords: wetting, brazing non-metals, Nb-containing properties of brazed joints.

О возможности пайки ниобия с алюмооксидной керамикой ВК94-1 медью и медно-никелевыми припоями без приложения давления

Institution

Ähnliche Einträge