Спеченный композиционный материал

Спеченный композиционный материал

Реферат

 

СПЕЧЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ , содержащий металлическую и стеклянную составляющие, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона значений температурного коэффициента линейного расширения, он содержит в качестве металлической составляющей сплав железо - никель - кобальт в количестве 88 - 98%, а в качестве стеклянной составляющей - стекло с температурным коэффициентом линейного расширения, близким к температурному коэффициенту линейного расширения указанного сплава, в количестве 2 - 12%.

Изобретение относится к металлостеклянным спеченным композиционным материалам, применяемым для изготовления надежных спаев металлов со стеклом. Известен спеченный композиционный материал, содержащий никель и стекло. Недостатком этого материала является несогласованность температурного коэффициента линейного расширения металла и стекла, что существенно ограничивает его использование. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является спеченный композиционный материал, содержащий металлическую и стеклянную составляющие. В качестве металлической составляющей материал содержит железо 88-95% Известный материал характеризуется общей пористостью 10-18% Недостатком известного материала является узкий диапазон значений температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР). Это объясняется тем, что в качестве металлической составляющей используют чистый металл (железо), ТКЛР которого 120 10^-7 1/град, в то время как стекла различных марок имеют ТКЛР в пределах (37-90) 10^-7 1/град. Величина ТКЛР известного материала, содержащего железо и стекло, не зависит от содержания стекла в материале и находится на уровне ТКЛР спеченного образца из чистого железа. Небольшие изменения величины ТКЛР спеченного образца известного материала находятся в пределах погрешностей дилатометрических измерений. Материал, содержащий 88% железа и 12% стекла С49-2, имеет ТКЛР 118 10^-7 1/град. Такое же значение ТКЛР имеет материал, содержащий 95% железа и 5% стекла С49-2. Целью изобретения является расширение диапазона значений температурного коэффициента линейного расширения материала. Цель достигается тем, что спеченный композиционный материал, содержащий металлическую и стеклянную составляющие, в качестве металлической составляющей содержит сплав железо-никель- кобальт в количестве 88-98% а в качестве стеклянной составляющей стекло с температурным коэффициентом линейного расширения, близким к температурному коэффициенту линейного расширения указанного сплава, в количестве 2-12% Материал получают методом порошковой металлургии. В шаровой мельнице в течение 4 ч смешивают порошки сплава Fe-Ni-Co и стекла с величиной частиц не более 100 мкм. Полученную смесь прессуют при давлении 6-7 т/см² и спекают в среде влажного водорода при 900^оС в течение 0,5 ч. Затем температуру повышают до 1100-1200^оС и заготовки выдерживают при этой температуре в среде осушенного водорода 3 ч. Входящие в состав спеченного композиционного сплава Fe-Ni-Cо-сплав и стекло хорошо согласуются по своим ТКЛР. С другой стороны, Fe-Ni-Co-сплавы способны хорошо смачиваться стеклами и спаиваться с ними при высоких температурах на воздухе с образованием тонкой окисной пленки, плотно прилегающей к металлу и стеклу благодаря наличию в его составе кобальта в виде шпинели (Ni, Co) Fe₂O₄. Указанные свойства предопределяют повышенную надежность спая, высокую вакуумную плотность и коррозионную стойкость спеченного композиционного материала. В процессе спекания частицы Fe-Ni-Co-сплава благодаря взаимной диффузии образуют пористый металлический каркас, чем и обусловлена достаточно высокая механическая прочность материала. При содержании в материале стекла менее 2 мас. снижается его вакуумная плотность из-за нехватки стекла для заполнения объема пор металлического каркаса. При содержании стекла 12 мас. резко уменьшается металлический контакт между частицами порошкового сплава, что приводит к снижению прочности композиционного материала. Поэтому в предлагаемом спеченном композиционном материале содержание стекла ограничивается в пределах 2-12 мас. В табл. 1 представлены составы и свойства составляющих компонентов композиционного материала Fe-Ni-Co-сплава и стекла и свойства готового материала. Из данных, представленных в табл. 1, следует, что использование предлагаемого материала позволяет расширить диапазон ТКЛР от 28 до 83 10^-7 1/град. В табл. 2 представлены марки используемых Fe-Ni-Cо-сплавов и свойства спеченного композиционного материала в зависимости от его состава. Как следует из данных табл. 2, предлагаемый материал имеет большой диапазон значений ТКЛР, что позволяет использовать его для спаивания металлов и стекол с сильно различающимися значениями ТКЛР. Это означает, что принципиально можно сократить разницу в ТКЛР между металлом и спаиваемым диэлектриком, тем самым уменьшить вероятность образования больших внутренних напряжений, возникающих в процессе нагревания и охлаждения и являющихся причиной производственного брака. Применение предлагаемого материала обусловливает значительный экономический эффект, т.е. при изготовлении детали "основание" одного из серийно выпускаемых реле из спеченного композиционного материала МКМ-50 взамен прецизионного сплава 29НК сокращается расход дорогостоящего материала в четыре раза и снижается трудоемкость на 50-60%

Формула изобретения

СПЕЧЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, содержащий металлическую и стеклянную составляющие, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона значений температурного коэффициента линейного расширения, он содержит в качестве металлической составляющей сплав железо - никель - кобальт в количестве 88 - 98%, а в качестве стеклянной составляющей - стекло с температурным коэффициентом линейного расширения, близким к температурному коэффициенту линейного расширения указанного сплава, в количестве 2 - 12%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2