Применение лазера на алюмоиттриевом гранате в технологических процесса обработки конструкционной керамики тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

.г,

О к ■.л-—1

РОССИЙСКАЯ АКАДЕЫШ НАУК

Дальневосточное отделение Амурский комплексный научно-исследовательский институт

На правах рукописи УДК 677.81.816.1

Юсупов Ззйнулла Факилевич

ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРА НА АЛШОИТТРИЕВОМ ГРАНАТЕ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННОЙ КЕРАМИКИ

01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

Автореферат диссертации на соискание ученой степени .•кандидата технических наук

Благовещенск - 1993

Работа выполнена в Благовещенском политехническом институте. Научный руководитель: доктор технических наук, член корр. ИА РФ,

. профессор Виноградов Б.А.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

заседании Специализированного совета Д002.06.11 в Амурском комплексном научно-исследовательском институте ДВО РАК по адресу: 675006, г. Благовещенск, переулок Релочннй, X.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке АмурКНШ ДВО РАН. Отзывы и замечания просим отправлять в адрес совета.

Автореферат разослан * 1993 г.

Ученый секретарь

Специализированного совета Д002.0в

профессор Осуховский В.Э.; , доктор технических каук, профессор Берхотуров А.Д.

Ведущая организация: Институт автоматики и процессов управления ДВО РАК

Защита состоится " $ " ШСЛ„) 1993 г. в ^Ь

часов на

доктор фазико-математиче ских наук

Ю.Т.Левицкий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Апимооксадааа , керамика, обладающая высокими диэлектрическими И игахсшиасктеи характеристиками и радиационной стойкостью, используется при производстве проходных устройств и систем защиты атомных электростанций. Используемые в настоящее время технологии; производства ыеталлокерамяческих изоляторов, как правило, многоступенчаты и- трудоемки. Поэтому Необходимо развивать технологии получения изоляторов,: основанные на использовании современных шсококонцентрированных источников энергии, в том числе лазероз. Возможность лазерной сварки и пайки керамики с металлом является наименее изученной из всех видов лазерной обработки керамики. Тек как при изготовления изоляторов важно сохранить диэлектрические, свойства керамика,то проблема исследования имеет ванное теоретическое и практическое значение в физике диэлектриков и полупроводников. Изучение закономерностей взаимодействия лазерного излучения (ЛИ) с керамическими материалами позволяет определить . технологические параметры металлизации, пайки и сварй!. В настоящее время технологии соединения /использующие обработку лазером, находятся в стадии научных исследований.

Целью диссертационной работы является разработка технологий соединения керамика с металлом, вкятапдих обработку лазерным излучением. .

Для достижения поставленной - целя требовалось решить следующие научные и практические задачи: ■

1. Определить технологические решш лазерной обработки керамики и оценить долю потерь ЛИ на пропускание и отражение.

2. Выявить особенности влияния ЛИ различной анергии на физико-химические свойства керамики.

3. Разработать технологии соединения керамики с включающие лазерную обработку. . -

4. Для контроля изготовленных изоляторов изучить переходной зоны керамика-металл.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Дана оценка границ лазерного воздействия на керамические

плотности металле*!, структуру

кзтергаяз - определена плотности знзргни ЛЯ, достаточные для термообработки йоз плавления, плавлена» я аспарзиад. Оценена доля потерь лк на пропускание л отражение. Определена "оптически бесконечная" тавзрша (визе которой нет пропускания) керамики БК 94-1 к «йкроджг.

2. Выявлены наиболее характерные для лазерного воздействия на аишоокездную керамику- процессы кодфкю структуры: появление кикротрещин; повыше®» концентрации амзр^кой фазы на поверхности керамики; увелзчевие размеров кристаллических зерен; перекристаллизация и рост монокристаллов корунда; селективность испарения компонент кэрамшя:. Оценено вдашие лазерного облучения на тангенс угла диэлектрических потерь кврашчееккх материалов. Показано,что вшве определенной толщины керамики лазерное облученке не влияет на гс5.

3. Разработана технологии соединения керамик:: с металлом, позволвкцаа: производить пайку локальным однократным нагревом в воздушной среде, значительно сократить время пайка одного изолятора, использовать припоя на оснобо меди.

4. Показано, что изолятор:,-, ттолучг-ктий лазерной активной пазкой, отбвт высокую механическую прочность и структуру переходной зош, идентичную . с соёдененияка, изтотсшлвншсаа по известной гехнологаи -электроннолучевой активной папки.

Практическая впечеяооть. Разработанные • технология • пайки керамики с - металле;« могут попользоваться для производства изоляторов. Результаты работы .могут сыть положены в основу при разработке к оптимизации лазерных, технологически;-: процессов взразруваздэй' обработки керамики (очистка поверхности, мгташзада, пайка),- а' такка при разработке технологий размерной обработки (розка, сверление отверстий, скрайбйрование и т.д.).

Реализация результатов. Результаты работа внедрены ь КнзекерЕо-техколодаеском центре ¿мурНЦ'дво РАН, -являющимся одним из головных предприятий яо разработка, производству и внедрению гермовводов контрольных к- силовых : кабелей для атомных электростанций, во-первых, в виде рекомендуемых технологических режимов лазерной сварки и пайки керамика с металлом; во-вторых, в • вида результатов исследования . структуры переходной зоны

мзталзсзепйжчзск:;:: кеслдтог-ое ,

¿проошщя лг-оо'.-ц. Рз з у.-ьззт:.! ззкзертнтапгз;; рз5о"' докдализшись па рэгзгнзлызж агучзо-яеисявскл: секирах {г. Благовелекск, iwi;ü, i'j'^: г.г.;; ns i.'cecosœ:;^ кзучло-техя^псскз;,: CvîKHESoe (г. Краснсгорок. 19Э1 г.); кг ^"лтазродно.-: ::колз-с;з.птоо;:у>.:? :г /ззлгл тззрлсгз тзлз" сг.ЁлзгоЕЗ-ензЕ,

Î39I г.); нзу<œa-757.nr-:®c.how oc-v.aîapo (г. ''зс::ззг 1Э02 г.).

ПубЛЯКйЦйй. Оснокшз рЗЗуЛЪТЗТН .-шссзрташ"! СПуСЛ2К0В231 в 7 рзЗотгоГ

Структура и о5ъ» /л-ссзртзшг'. Диссертанта состоит кз в&зденкя, четкрс-х r-'этз, ёйЗ^мята^лк з пгрплсжзкля ; ягясязяа 32 2^9 стрг'-ана;;. зкл^чял "О "лзу^коз, 25 тзР^пгц л список пятзрузкои литерззуры, содергзт:::- .131 кзилзлоазнлз.

COSriùUÎS РЛБ0ТЬт Во гв-здекж: гголзорезз о'лзя :;зрэктср"стлкз рпзоты, г.зз обоснована лктрльность tgfôî, сфоркукзроеаЕВ цель z ссно::нз:з задачи, кауллзл йонззт;-. и практическая ензчгз-езтъ

полученных ргзулъзатсе.

Лгсзгя глзвз оодзезогг с;зор -,5шхстсся в лзтхорзтут". о

Фззико-хкл:чес:сд;: зсксксмерноетях и ockoeeix спэсоеах еззджгпг! "лзиоокоадчо::; потзг-г.г.пк с ¡•гззаллзл,

Проаналгзхрсвгпн гопрси гзгглоЕ<?:5стЕ:ш дг-03 г. зруг:::; зугеялзвк;^ екзлдоз с иэтзлз::',з:, расс^з'гззкзгиз в рзСсззл к-а.т-р d.i., .Мусина P.A., Кзккззковз Г.В., йзйдича З.В., Сужз З.Д., Горзкзьз Ю.Ь,, Бачпка S.A., Ездкевлчз В.л. другое cororos.

Выявлено, что яепосродсткеязо с лг20я могу? зозлжясьзл только актинчио кззлерелу кзтзлл:; (кзггрк.-зп, îi, гг). Волышгстзо ::з >лотзлдсв шззлзззер, .-о, з=>, eu) d

" " I • ' 1 п „ „ к?рз: :з:з:

- - ** "-»г стз :: Î3esî

гл ~ i !"->- 10"3 злого ' т-лл :с:злзг.зрз.

" т j - клелзроду, ч-лд зл--.'Гг:;г;;,.

-"'гтр, о - 5 3 ' .л с -9н8я, 3 г;сз сстзлзлззз .v37uds -

п- f jui • ir с-"' ~ ^ ^езда зегзз'зй пзлоптпоз;п1. Пол

•„ ^ " — , гз'одлззл: з сссз'зв кзтзз.-ззп,

. ••. ... V : .6 ■ .

с металлами могут протекать следухвдее основные химические реакции: окислительно-восстановительные; образования сложных оксидов в реакции взаимного растворения оксидов. Возможно соединение керамики с металлами и без ппгяческого взашюде&ствия (соединения адгезионного типа). .

Керашка, вмещая в составе не менее 5-15 % стеклофазы, является нааоолэе реакционноспосоонои и имеет наибольшую махакическув прочность при соединении с металлом, в частности, за счет взаимодействия диоксида кремния с припоем и : металлом арматуры. ■

— Проведана классификация известных способов соединения керамккя с металлом: пайка то молибдено-марганцавой .технологии: пайка с использованием активных металлов, смеси оксидов, окисла одновалентной меди; сварка давлением; сварка и пайка с использованием высококонцентргрованных источников энергия..

у Основной недостаток используе?иых в промывленности технологий ^необходимость соединения, а иногда и металлизации керамики в неокислительной среде, что значительно услокняаг техпроцесс, способ смеси оксвдов, возводящий осуществлять пайку в воздушной среде, ориентирован на соединение кера?лшш с керамикой, причем соединение' характеризуется повышенной хрупкостью и плохой герметичность®.. Активдая пайка при использовании пэшсококонцевтрированных источников энергия.может производятся в вакууме кии заяйтной среде. Сварка и пайка электронным лучом• ' Еозшкна только в вакуума.

ЛДОя решшя указанных вша' проблем необходимо исследовать газмошость создавая технологий соединения керамики с . металлом, . йспользуиих обработку Ш, ускорякг^гг процесс сварки и пашш, ■ позволяздих производить соединение в воздушной среде без. нагрева всего матзллокзраидчаскога узла. ,

Вторая глава посвящена • сшсанив методов и .. аппаратуры . ' „исследования.

• Дяя исследования .процессов . лазерного воздействия пз керамику, изучения возможностей лазерной сварки и пайки, керамики с металлом, металлизации поверхности керамики с использованием ЛИ изготовлен экспериментальный стаэд. Основу стенда составляет

лазерная технологическая установка <ЛТУ) "Квант 15" ■(активный элемент - алюмоиттриевнй гранат.с неодимом, длина волны' - • 1,Св мкм, длительность импульссз - 4 мс, максимальная энергия импульсов в частотном реаимэ -10 ■ Дх). Выбор ЛТУ "Квант 15" объясняется следующим. . Во-первых, известно,• что при лазерной обработка керамики и других ■ хрупких материалов (чтобы не возникали трещины) длительность импульсов должна быть порядка миллисекунд и меньше. ; Во-вторых, излучение лазера на алюмоиттриевом гранате с неодимом поглощается алшооксидной керамикой в объеме, что ускоряет е<з прогрев. : В-третьих, длительность лазерного -импульса' ЛГУ.. "Квант 15". при пайке изоляторов обеспечивает . прогрев - тонкостеннойметаллической арматуры и припоя в течение .-действия импульса.

Изучен частотный река* работа лазера. Для измерения энергии отдельных 'лазерных'- импульсов--..в . частотном'■■ режиме использован быстродействующий анизотропный термоэлемент на основе висмута. Выявлено, что стабильный режим работы ' в частотном -.-'■• режиме излучателя ЛТУ "Квант . 15" при длительности галлульсов 4 мс находится в интервале от 0,1 До 10 Гц. ■ -.-'..•:.

Тангенс угла диэлектрических потерь облученных и необлученных лазером образцов керамика''измеряли- прибором Е9-4. Подготовку образцов к 'испытанию и \измерения' проводили по ГОСТ 6433.1-74 и ГОСТ 6433.4-71,

Для изучения переходной зоны .металлокерамических- соединений использовали электронные растровые ■: микроскопа гзм-зэ с фирмы "■тсои" и РЗМ-100 У. Перед исследованием на поверхность аншлифа для отекания, электрического .заряда наносили : углеродную пленку методом вакуумного напыления. Для выявления разнэраа даффузиоашх слоев производили съемку в рентгеновскзх лучах. Для определения границ распределения элементов в переходной . зоне .использовали резким исследования - рентгеновский профиль. .

Методам!! ронтгеноструктурного "анализа были исследованы изменения в структура керамики посла лазерного воздействия, определены фазовый состав и структура псследуег.ых образцов. При использовании метода вращения кристалла (на, установке УРС-2-0) съемку проводили ассиметричэским методом. В случае исследования

. 8

фазового состава использовала съемку -на дифрактомэтре ДРОН-3. Расшифровку дафрактограмм осуществляли путем сопоставления результатов эксперимента со справочными данными.

Дня определения .количества теплоты, выделяющейся при ■окислении металлической -арматуры,- применили метод дифференциально-термического . анализа с . использованием дериватографа системы "Паулнк-Паулик-Эрдэи" марки 0-1000 Д. Количество выделившейся энергии рассчитывали по стандартным методикам. В качество эталона использовался кс1.

Измерение предела прочности на рзстяхешю. проводили на разрывной кашне Р-5 по стандартной методике.

Герметичность моталлокзрамических изоляторов определялась по натеканшо при вакууко мм рт. ст.

В третьей главе рассшгрош особенности кодификации структуры керамики при лазерном облучении. Проведены ■ оценки применимости модели лазерного нагрева двухслойного материала для расчета режимов лазерной пайки- и сварки. 'Поглощение излучения инфракрасной области алшаоксидгюй керамикой ■ приникают разным 100 й. Но полного. поглощения ЛИ с А,=1,06 кхм керамикой. не,, происходит, так как длинноволновая. граница пропускания кристаллов А1я0а и 510а> входяеах в состав болкзшетва'• марок . карамики, состаышот» соответственно, 5,5 мкм п 4,0 ш, Границы пропускания применительно к керамике условны из-за слоляости. ее структуры, различных свойств стекло- а . кристадлофазд. - При"' обработке лазером с ккм алкетоксидной керамики показатели

поглощения для красталлофазы и стеююфазы соответственно равны а=2 сы-1 и а=500 с.'.Г1 СП. Поскольку ЛИ поглощается в слое 1=1/а толщиной (0,002...0,5) см,мокло говорить об объемном источнике нагрева. Ток как при лазерной обработкэ керамики происходят потери излучения, наш проведаны оценочные' .измерения, --коой&щаектов-. пропускания (Т) и зеркального отражения (к) различных марок керамики на длине волка 1,06 мкм. Получего» зависимости к и т от толщины керамики (РксД). Оценена•"оптически бесконечная толщина* (выше которой Т=0) керамики ВЕ 9-1-1' и микролит, равная, соответственно, 3,4- 4,0 га и 4,8-5,3 им. Потери излучения на-пропускание и отражение при толщине- I км для различных марок

С)

Т.й, %

2,5-

2,0-

0,5-

1,5-

1,0-

—1-—-г—1-1-г-т-

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 1,к?5

О

Рис Л Зависимость коэффициентов отражения и пропускания от толщины керамики КС 94-1

Шероховатость поверхности коратаки гга = 0,3 мкм. Параметры лазерного излучения: X = 1,05 ш; =,4 мс.

I - в ^иг, 2 - т =*(.?>.

керамики достигают 4-7 %. На практике доля потерь ешгэ, так как нзг.с! не учтено диффузное отражение и рассеяние излучения.

Результаты экспериментов по определении граничных значений плотности знерпш ЛИ щ. ч2» <ъ (ваве появляется тепловой след в зоне лазерного воздействия, выше q3 начинается плавление, вшзэ р., начинается испарение) представлена в таблице.

Таблица

Граничные режима лазерной обработки алтаоокспдной керадаот

Материал

41

ДкАм®

42 Дя/имз

Чз

Дк/мм*

УФ-4 в ВК 94-1 мшгоолит

4,0+0,5 I,8+0,2 7,5+0,9

7+1

5,0+0,4 18+3

16+3 18+3 30+5

' - 10

При увеличении процентного содержания А1303 в керамике (УФ-46 - ?в,32 %; ВК 94-1 - 94,4 Ж; «К - -99,34 %) И, соответственно, при снижении концентрации вводимых добавок, для достижения режима , испарения требуется увеличение плотности энергии из-за возрастания потерь на пропускание. В то же время более низкие значения границ qt и qa для керамики ВК 94-1 (по сравнению с Уф-46), по-видимому, связаны с низкими отражательными свойствами этого материала .-'Мякратрещины является нежелательными дефектами, снкжанщями механическую прочность и с которых может начаться разрушение керамики. ■

Показано, что микротрещины возникают,при лазерной обработке керамики та границам зерен из-за различия физических свойств кристаллической и аморфной фаз, в первую /очередь из-за разницы температурных коэффициентов. / лшэйного расширения (IKIP).

.С использованием рентгеноструктурного анализа облученной лазером (Л=1,05 мкм и tu=4 не) керамики при плотностях энергии от ча. до q3 показано, что ее фазовый состав не изменяется, а происходит увеличение на поверхности керамики содержания стеклофазы. Если при обычном спеквшш керамики 10-15 % стеклофазн кристаллизуется, то при импульсной лазерной - обработка, по-видимому, происходит обратное -ке кристаллизуется часть; кристаллофазы* • -

Исследован® с помощью растрового .алактронногомшгрйскопа пятна , лазерного облучения керакаки В!< 94-1 в частотном рейка с v=»IO Гц плотностью энергии, близкой к q3 (16-20 Дт/т*), позволяет выделать три зоны еоздзйствкя: центральную, в которой происходило селективное- испарение к кристаллизация .'из. газовой и жидкой фазы; периферийную, в которой -происходило ; плавление а кристаллизация из жидкой фазы; зону термического влияния. Размеры кристаллических зерен, разделенных по границам микротрещинами, в периферийной зоне достигают 150 мкм (размеры зерен в исходной керамике « 10 мкм). В центральной зоне при лазерном облучении возникают кристаллиты.правильной формы (Рис. 2), отличающиеся от зерен исходной керамики. (Рис. 3). Рентгеноструктурный анализ . кристаллитов и. необлученной керамики показал, что кристаллиты

"О

V

V

/■<л

» ✓

< - / y

i I

V,

'4%:}"Ш v., '

Ряо.2. Кристаллита в центральной зона пятна лазерного воздействия но керамику SX S4-I

-S

im ■ ■ у »та ' f-r- ■. • »•«•*>

t 1

t.- -£ , > -, ? -Д -г -,--.

i: 7- \ \

\!>

' ' J / ■ i

4 • J —

V . -Л * ч

Рис.3.-Поверхность керамики-ВК 94-1, не облученная лазером.

" /"Д..

являются монокристаллами корунда. Таким образом, благодаря полифазности структуры керамики при лазерном облучении создаются условия,'когда такие компоненты керамики, как бш2, сг2о3 и МпО испаряются, a Aiz03 кристаллизуется.'

Описанные процессы изменения структуры керамики, возкикавдиепод действием Ш, приводят к снижению механической прочности и герметичности керамики, поэтому сделан вывод: при соединении керамики с металлом 'ЛИ необходимо фокусировать на металлическую деталь.

Для расчета рэыагав лазерной пайки керамики с металлом использованы, разработанные в работах Либенсона М.Н. и Вейко В.П. t2,3j и Рыкалина H.H. г4з, модели нагрева двухслойных материалов к полубесконечного тела .Температура ва поверхности нагреваемой многослойной структуры металлическая арматура-припой-керамика определяется теплофшчесзшмй характеристиками арматуры и параметрами ЛИ.

Оценено' влияние конвективных и радиационных- тешюпотерь на лазерный нагрев металлокерачического соединения и показало, что вклад химического истошшкз тепла, обусловленного окислением поверхности арматуры, при лазерной пайке незначителен.

В четвертой главе представлены результаты: оценки влияния ЛИ на диэлектрические потери -керамики; использования ЛИ в технологиях соединения, керамики с металлом; исследования переходной зоны маталлокврамических изоляторов;

технико-экономической оценки .использования технологии лазерной п&Яхи.

Сравнение tg& облученных и необлучешшх М образцов керамики показало, что в частотном диапазоне от 0,5 МГц до I МГц tuS для облученных образцов толщиной 0,7 мм выше, чей у необлученных, в 1,5-2 раза. Отмочена.зависимость toO облученной керамики от ее толщины. Вшзе определенной толщины (для ВК 94-1 более .2 мм) лазерное облучение не влияет на taö керамики, а при уменьшении толщины - диэлектрические• ■ потери растут.

Для получения металлокерамических изоляторов, представляющих собой охватывающее конусное соединение, лазерной сваркой и пайкой е воздушной ср-едэ использов&зш васокоглиноземистая керамика

БЕ 94-1 и келезонккельксОальтовыЙ сплав 29 НК, имеющие характерные и для других материалов свойства. Выявлено, что при фокусировке М на металлическую -деталь сварного соединения не образуется. Получены соединения лазерной сваркой при фокусировке ЛИ на керамическую деталь на расстоянии 0,3-0,5 мч о? кромки металлической арматуры. Полученные- 'лазерной сваркой металпокорамическиэ. соединения не герметичны, и обладаят малой механической прочностью. (о «2-8 Ш1а, при прочности на растяжение исходной керамики- Ор*>120-140 МПа), что объясняется высокими скоростями нагрева-охлаждения при лазерной сварке и модификацией структуры керамики в- зона лазерного воздействия. Отсутствие герметичности объясняется .узостью сварного шза (« -■ 0,5 ■ ил) и возникновением трещин по иву кз-за большой.разницы• в. расширенна ковара и керамики- при температуре .сварки. Сделан вывод о -необходимости сяшкения теетгературы соединения,' т.е. производить пайку, а не сварку.

Показана возможность лазерной пайки керамика с металлом при использовании з качестве припоя «одной манжеты толщиной 60-100 мка, предварительно ' окисленной. .' до '.закиси кади. • ПаЯка ■производилась расфокусированным Л1Т в воздушной среде. Результаты испытаний изоляторов; выход векуумплотных - О ж, Ор=15-30 ?<Ша, прячем для 70 % ксгшташшх образцов паяное соединен» оказалось более прочным-- разрушило происходило ко.керамика.

Сложность ' изготовления ■ медных ' кзгои? ' заданной толщины привела -к ■■-необходимости - их замены на более тахнологачние шталлизпрувдив покрытия. 'Известно большое количество технологий лазорпоа металлизации керамики..-'нами предложена технология папки с использованием предварительной металлизации керамики медью, включавшая следующие основные операции: ■

':.. I. Вжигашга'лазером Си,0-Со0 ка соединяемую,.часть керамики;

2.'Восстановление Си;

3. Увеличения; толщина- слоя Си электрохимическим способом;

4. Лазерная пайка.

Результаты испытания изоляторов: выход взкуумплотных - 20 %,

о =25-40 Ша. йсслодованая посоходяой зоны методам тестровой Р _ - *

электронной микроскопии показало, что в-процессе металлизации и-

-14 ; . ■ '•.

пайки происходит . 'незначительное внедрение припоя в керамику, рентгеноструктурный анализ не подтвердил \ предположения об образовании шпинели СиАпри взаимодействии Си20 и Aiz03 по реакции присоединения, ллхшнат меди не образуется, по-видимому, из-за того, что. металлизация к пайка производится короткими лазерными импульсами (tu=4 мс) и этого времени не достаточно для протекания указанных реакций.1

Рззработана технология лазерной активной . пайки (ЛАП), включающая слздущке основные операции;:

I. Нанесение ка соединяемую часть. керамики механически»! втиранием титанового слоя; :

Нанесение злектрох1С.£!£Ч5С5С2£ способов. медного слоя;

\i. лазерная пайка..

Результата испытаний изоляторов: еыход вакуумплотных - 60 S, ■ припайке с подпрессовкой в процессе соединения - 80 %), CTp=?U-öü Ша (при толщине припоя 80i5 мкм). ..Максимальная прочность соединения достигается при. исходной толщине припоя ЕО-ЭО мкм (рис.4).'При толпаше припоя ь<40 мкм и ьмоо мкм происходит разрыв по границе керамика-припой, в первом случае недостаточно припоя для прочного сцепления с керамикой, ва втором сказывается больший, чем у арматуры к керамики коэффициент расширения меди.

Исследований переходной зоны изоляторов, полученных по технология ЛАП методами растровой микроскопии и рентгеноструктурного анализа позволило сделать следуицие вывода (типичное распределение'элементов »'переходной зоне приведено на рис. 5): • ■

1. Переходная'зона имеет; неоднородную структуру. Диффузия элементов припоя в структуру керамики не обнаружено (происходит незначительное игедрошя Ti и Си по границам зерен керамики).

2. Максимальная концентрация Ti ' наблюдается по границам припоя с керамикой и металлической арматурой.

3. IIa границе керамика - припой . наблюдается повышение концентрации алюминия. .'•.' >"

Показано, что при ЛАП окисляются только участки переходной ■зоны, граничащие с окружающей сродой, - что подтверждает

15 ... ■

возможность проведения соединения в воздушной среде.

а_ Ша

г»

90

О

Рис. 4.

120 ь.мкм

Зависимость предела;прочности на растяжение изоляторов, изготовленных по технолопга-ЛДП, от толдавы припоя. - разрыв ш границе керамика-припой . ■ - разрыв по керамике

Время необходимое для выполнения операции, лазерной пайка одного изолятора не .превышает 200 сек. в , то время -как по технологии электроннолучевой активной пайки, разработашой в Ташкентском институте ядерной физики и выбранной нами в качестве базовой £57,- до одного часа.

Технико-экономическая оценка использования ЛАП керамики с металлом при производство проходных изоляторов проведена в виде сравнения с технологией электроннолучевой активной пайки. Показано,, что при полной загрузке на одной лазерной технологической установка "Кззнт 15" за один год можно получить

23 тыс. штук азо&юрои.

ковар пооеходнзя кераазаса . л 'зона шС 94-1

Рис. Ь. Распредалекие елекентов вдоль линии скашгаования J - интенсивность линии, X - координата вдоль линии сканирования, 1 - ре-Ка,, 2 - Си-Каз., 3 - Ти-Ка4, 4 - А1 -К.а,, 5 -О- Ка.

В лрилсгяши приведены литературные даяние о фчзхяо-зтваг^аш свойствах ксслодуешга материалов.

ОВ2&ЯЗ ШЗО-Ш

I. При лазерном об.луч>з.т:и с плотностью энергии ЛИ ни^.'й Физико-х;:мическиэ свойства керамики кч изивккг.тся. При лазерном облучении влшоокскйной керамики с плотность энергии лй, близкой к происходит резкое снижение механической прочности из-за изменения структуры алшооксидной .керамики: появления

мекротревщн; убодкчшптя ряажров крзстзллическкзс зерен; кзрокг«с?аялйзацки и роста монокрастадлов корунда. Поэтому предпочтительное изготавливать изоляторы не лазерной сваркой, з пайкой, фокусируя при этом ЛИ нз мотадвгаескуа деталь.

2. Наиболее перспективней технологией соеданешя керамика с металлом с использованием'.® является лазерная активная пайка, позволяющая получить изоляторы одюкратвш нагревом в всздувкой среде. Технология позволяет значительно сократить время пайкк к ориентирована на использование относительно деиевого медно-тята-кового припоя.

3. Изоляторы, получении® лазерной паЯноП, »агент высокую механическую прочность (до 70-80 i.Ha). Структура переходной зоны изоляторов, изгстовленшх по техполопшм лазерпой я электроннолучевой активной йзйгся, кдтхтачнз: наблюдается- игф^усия элементов арматуры з припой, внедрение припоя'з керошху проз сходи г только по границам зерен, концектраташ титана моксзгодквв на границах ттрипоя с арматурой и керамикой.

' ОСКСВШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ШОШЩХЖУА РАБОТЫ СТРАШИ В Сл?,тшХ ШБЛККАЩВК:

1. Виноградов Е.А., Юсупов З.Ф., Пувкиа 'A.A. О вовмозности соединения конструкционной керамики о котаялом лазерной сваркой' п пайкой. //Регион. научн.-техн. конфор. (Тез. докл.). Благовещенск, 1990. С. 31-32. •

2. Юсупов З.Ф., Виноградов В.Л. Использование. лазерного излучения при соединении керамики с металлом. //Науч.-техн. сеияюр. (Тез. докл.). Красногорск, .1301. С. 15-16. ■

3. Виноградов Б.Л., Юсупов З.Ф. • Особенности способов • аркзровоиия атгоошшной керамики металлом. Благовещенск: АмурКНИЙ ДВО АН СССР. 1991.' 106 с.

4. Виноградов Б.А., Юсупов З.Ф. Некоторые особенности использования лазеров при соодинегаш внсокоглшоземистой керамики с металлом. // 'Школа-сжжозаум (Тез.- докл.).' Благовещенск: АмурКНйй ДВО АН СССР. 199t. C.S-10.

5. Виноградов В.А., ¡Осупов З.Ф.. Применение технологических

лазеров для получения маталлокерамических проходных изоляторов. //Регион, науч.-техн. семинар (Тез. докл.). Благовещенск, 1992. С.5-6. ■■■..■

6. Виноградов Б.А., Юсупов 3.®., Corp A.A. Исследование металлокерамического соединения методами растровой микроскопии И рентгеновского микроанализа. //Регион, науч.-техн. семинар. (Тез. докл.). Благовещенск, 1992. C.I0-II.

7. Виноградов Б.А., Юсупов З.Ф., Corp A.A., Нурматов х. исследование переходной зоны кеталлокерамических изоляторов, изготовленных лагерной и влвктроннолучевой активной пайкой. //Науч.-техн. семинар. (Таз. докл.). Москва, 1992. С.12-13.

Í9

Цитированная литература: ..

Г. Jackson С.Ксю. Lazer - induced eiítalosion of solid material, //j.of Pdd 1. Phv5 ics. Vol 4Q. No 2. Feoruäru 1-57/. f.Ы9-620.

2. Вейко Б.П., Либенсон М.Н. Лазерная обработка, д.: Лениздат, 1973. Iál с. .

3. Вейко В.П. Лазерная обработка пленочных элементов. Л.: Машиностроение, Леккнгр. отд-нае, 1986. 243 с.

4. Рнкалян H.H. и др. Лазерная и электроннолучевая обработка материалов. U.: Машиностроение, 1335 . 4S6 с.

5. Костюков Н.С.и др. Герметичные изоляторы для атомной энергетики. Благовещенск: ДВО дн СССР, 1990. 228 с.

Юсупов Ззйнулла факилввич

ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРА НА АЛШОИТТРИЕВОМ ГРАНАТЕ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ ПРОЦЕССАХ ОБРАБОТКИ КОКСТГУКЩОНШЖ КЕРАМИКИ -

Ълпиеано к печати S3. Печать офсетная

>зрмат СОх.84 1/16. Псч. л. I. Усл. печ. 0.93 ¡•ир. 100 экз.. Заказ.

Отпечатано на ротапринте ГЖЙ "Зея" ч Благовещенск, ул. Калинина, 10.