Металлокерамический узел

Металлокерамический узел

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технике соединения разнородных материалов, в частности соединения металла с керамикой, и может найти применение в приборостроительной , радиоэлектронной и электронной промышленности. Цель изобретения - увеличение термомеханических характеристик узла и обеспечение надежного электрического контакта между металлом и керамикой . Металлокерамичес кий узел состоит из наружного металлического цилиндра 1, ке1 рамического цилиндра 2, внутреннего металлического цилиндра 3 и зазоров 4. Для каждой пары контактирующих цилиндров внутренняя, из контактирующих поверхностей выполнена с выступом, а внешняя - с ответным углублением, причем выступ и углубление в сечении имеют форму одного ил нескольких усеченных конусов с общей вершиной , лежащей на оси узла, причем между поверхностями контактирующих цилиндров в сечении параллельно оси имеются зазоры величиной не менее д, при д (} orM(T)dT)-exp(/oK(T)x TOTO xdT), где D - диаметр металлического цилиндра на уровне сечения, расположенного на границе металла с неметаллом и параллельно оси узла; То-Т - рабочий интервал температур; OM, Qfc соответственно коэффициент температурного расширения металла и керамики. Металлокерамический узел имеет высокие термомеханические характеристики при 1000-1200°С. Контакт между керамикой не нарушается при пятикратном нагреве до 1000°С. 1 ил. Os чэ 00 ю N5 09

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 С 04 В 37/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4751050/33 (22) 23.10.89 (46) 15.12.91. Бюл. % 46 (71) Днепропетровский государственный университет им. 300-летия воссоединения

Украины с Россией (72) B.B. Школьников и В.С. Зевако (53) 621.762(088,8) (56) Заявка Японии

М 60-226465, кл. С 04 В 37/02, опублик.

1985.

Заявка Великобритании

N 1586073, кл. С 04 В 37/02, опублик.

1981 (прототип). (54) МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИИ УЗЕЛ (57) Изобретение относится к технике соединения разнородных материалов, в частности соединения металла с керамикой, и может найти применение в приборостроительной, радиоэлектронной и электронной промышленности. Цель изобретения — увеличение термомеханичаских характеристик узла и обеспечение надежного электрического контакта между металлом и керамикой. Металлокерамический узел состоит из наружного металлического цилиндра 1, ке,, SU, 1698228А1 рамического цилиндра 2, внутреннего металлического цилиндра 3 и зазоров 4, Для каждой пары контактирующих цилиндров внутренняя. из контактирующих поверхностей выполнена с выступом, а внешняя — с ответным углублением, причем выступ и углубление в сечении имеют форму одного ил и нескольких усеченных конусов с общей ae;lшиной, лежащей на оси узла, причем между поверхностями контактирующих цилиндров в сечении параллельно оси имеются зазоры величиной не менее д, при д

Т Т

-О/2(exp(f ам (Т ) dT ) — exp (f а» (Т ) х

То То х dT ) ), где -0 — диаметр металлического цилиндра на уровне сечения, расгюложенного на границе металла с неметаллом и параллельно оси узла; Т -Т вЂ” рабочий интервал температур;а,໠— соответственно коэффициент температурного расширения металла и керамики. Металлокерамический узел имеет высокие термомеханические характеристики при 1000-1200 С. Контакт между керамикой не нарушается при пятикратном нагреве до 1ООО С. 1 ил.

1698228

Изобретение относится к технике соединения разнородных материалов, в частности соединения металла с керамикой, и может найти применение в приборостроительной, радиоэлектронной и электронной и ромы ш лен ности.

Цель изобретения — увеличение термомеханических характеристик узла и обеспечение надежного электрического контакта между металлом и керамикой.

На фиг.1 представлен металлокерамический узел, общий вид.

Металлокерамический узел состоит из, наружного металлического цилиндра 1, неметаллического цилиндра 2, внутреннего металлического цилиндра 3 и зазоров 4.

Пример, Получают металлокерамичесКМА узел, B котором используют чаружное металлическое кольцо диаметром 40 мм и высотой 30 мм и внутреннее металлическое кольцо с наружным диаметром 15 мм такой же высоты из стали ХН450,,в которых были выточены соответственно выступ и углубление, Рассчитывают толщины слоев материала, удаляемого при спекании для образования зазоров 4.

Для наружного металлического кольца

<ооо получено: О = 28 мм, f ам (Т ) dl = 0,017;

2О

1ооо

28

J а, (Т) dt =0,0047; д =- (exp>;

20 х (0,017 ) — ехр (0,(ХМ7 ) =0,172 (мл)

Для внутреннего металлического кольца получено. 0 = 5 мм при тех же значениях интегралов; д = — (ехр(0,017)-ехр(0,0047))=0,032 (мм).

На выступ наружного цилинцра и íà углубление внутреннего цилиндра (их цилиндрические части) наносят клей ВК-22 толщиной 0,2 — 0,4 мм; что повышает расчетное значение д. После этого цилиндры выдер>клвают в течение 24 ч до полного отвер>кдения клея.

Указанные цилиндры размещают соосно с зазором в приспособлении и закрепляют. После этого приготавливают шихту состава, мас,7;; нитрид кремния 50; оксид никеля 2; кремний 2; карбид кремния 46, и смешивают ее с 3 j- « i раствором поливинилового спирта в воде, являющегося пластификатором. Последний вводят в количестве 5 мас,% от массы шихты. Полученную смесь гранул ируют и заполняют ею зазор между цилиндрами, уплотняя в процессе заполнения, После этого узел с приспособлением помещают в сушильный шкаф, где подвергают термической обработке при 120 С в течение 8 ч для полимеризации пластификатора и придания узлу временной прочности. Затем узел открепляют от приспособления и помещают в печь для высокотемпературного спекания. Спекание осуществляют при 1250 С в течение

2 ч. При температуре спекания происходит выгорание клея ВК-22 и образование необходимых зазоров.

Керамический материал не имеет усадки в результате спекания.

При работе металлокерамического уз15 ла происходит его интенсивный нагрев до высоких температур (1000 — 1200 С). В результатее происходит температурная деформация цилиндров, Так как КТР у металла значительно выше по сравнению с карамикой, температ> рная деформация Рнутреннего металлического цилиндра больше. Для того, чтобы это не привело к неоправданной концентрации напряженлй в зоне контакта неметаллического цилиндра 2 с металлическим цилиндром 3, а также нарушению контакта с металлическим цилиндром 1, необходимо, чтобы взаимное перемеще- ние цилиндров осуществлялось по наклонным контактным поверхностям, которые имеют в сечении форму одного или нескольких конусов с общей вершиной, лежащей на оси узла. При этом для свободного взаимного перемещения цилиндров необходимы. зазоры 4 между контактирующими поверхностями цилиндров, параллельными оси узла.

Температурная деформация внутреннего цилиндра 3 осуществляется относительно оси узла. Для того, чтобы при нагреве не нарушался контакт между цилиндрами 2 и 3, а также не возникали нежелательные напряжения, зададим точку А на оси узла, относительно которой осуществляется взаимная температурная деформация цилиндров 2 и

3 (точка закрепления). Выбор точки А произволен.

Температурная деформация изотропного тела осуществляется так, что расстояние междудвумя любыми точками, принадлежащими этому телу, изменяется по прямой линии, их соединяющей, Если контакт между цилиндрами 2 и 3 осуществить по указанной линии, то добиваются желаемого. Для рассматриваемых цилиндров такими линиями являются образующие конуса в сечении с общим углом при вершине, лежащим на оси узла.

Для того, чтобы не нарушался контакт между цилиндрами 1 и 2, необходимо ана.логично задать их общую точку закрепления

1698228

0 т д =. (exp (f ам (Т ) dt )— то т — ехр(f а (Т) dt)), То

Формула изобретения

Составитель С,Кохан

Техред M.Ìîðãåíòàë

Редактор M.Ïåòðoâà

Корректор M,Ìàêñèìèøèíåö

Заказ 4364 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 (Б), которая лежит на оси узла и может не совпадать с точкой А.

Предлагаемый металлокерамический узел с соосным расположением цилиндров в сравнении с известным позволяет снизить тепломеханические напряжения, которые возникают при изменении температуры в зоне контакта металл — керамика из-за разности KTP. Предлагаемая конструкций делает возможным работу металлокерамического узла в широком диапазоне температур. Испытания узла при пятикратном нагреве от 20 до 1000 С подтвердили его работоспособность.

Металлокерамический узел, включающий два соосных металлических тела с цилиндрическими поверхностями вращения и керамическое тело с цилиндрической поверхностью вращения, расположенное между металлическими телами с зазором и контактирующее с ними, о r л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения термомеханических характеристик узла и обеспечения надежного электрического контакта между металлом и керамикой при повышенных температурах, для каждой пары контактирующих поверхностей внутренняя иэ контактирующих поверхностей выполнена с

5 выступом, а внешняя — с ответным углублением, причем выступ и углубления имеют форму усеченных конусов с вершиной, лежащей на оси узла, а величина зазора не менее д, которую рассчитывают по

10 формуле где 0 — диаметр металлического цилиндра

20 на уровне. сечения, расположенного на границе металла с неметэллом и параллельно оси узла;

То-Т вЂ” рабочий интервал температур: ац, ак — соответственно коэффициенты

25 температурного расширения металла и керамики.