Файл: Балицкий А.В. Технология изготовления вакуумной аппаратуры.pdf

Панка с нагревом токами высокой частоты по харак­ теру нагрева приближается к сварке деталей и особенно к газодуговой сварке. Следует, однако, иметь в виду, что такая пайка выгодна для небольших деталей и осо­ бенно в серийном производстве. Для крупных деталей необходимы были бы очень мощные генераторы, и здесь выгоднее сваривать, а не паять.

На рис. 7-19 показан чертеж общего вида вакуумной

установки с ВЧ-нагревом, предназначенной для отжига и пайки небольших деталей. Установка имеет два рабо­ чих места, на которые устанавливаются стеклянные или кварцевые колпаки 1. Диаметр колпаков 75—80, а высо­ та около 250 мм. Нагрев деталей, помещенных под кол­ паки, осуществляется одним внешним индуктором 2.

Максимальная температура нагрева деталей (при ис­ пользовании стеклянных колпаков) достигает 1200°С.

Откачка рабочего колпака до давления 5-10~7 мм рт. ст. осуществляется последовательно, вначале меха­

тельный титановый сублимационный насос. Максималь­ ная электрическая мощность, потребляемая установкой, составляет 30 кет.

Возможно также производить пайку в восстанови­ тельной (например, формпргаз) или инертной среде, пользуясь кварцевой трубой как упрощенной печной камерой (рис. 7-20). Через трубу с небольшими скоростя­ ми продувается газ, в струе которого и производится пайка. Индуктор охватывает трубу снаружи, но при на­ добности может помещаться и вместе с паяемым изде­ лием внутри трубы. Этот способ пайки весьма универса­

Методом папки с нагревом токами высокой частоты можно получать спаи, не достижимые при других спосо­ бах нагрева. Так, например, удается уверенно получить вакуумные спаи ковара или другого металла с алюми­ нием через слой серебра или серебряного припоя. Для этого коваровую деталь серебрят гальваническим спосо­ бом или покрывают серебряным припоем марки ПСр-70 пли эвтектическим, смазывают флюсом 34-А, разведен­ ным в спирте, и плотно вставляют в заточку алюминие­ вой детали на глубину не менее 5 мм. Нагрев произво­ дится индуктором, подобранным по коваровой детали и охватывающим ее у самого соединения с алюминием, но без захвата алюминия. Пайку можно вести на воздухе, а еще лучше в инертной среде (в аргоне или гелии). Коваровая деталь нагревается до светловишневого цвета. Нагрев выключается сразу при появлении первых при­ знаков оплавления кромки алюминия. Толщина алюми­

196

цы на спирту. Флюсы, замешанные па поде, при данном методе пайки негодны, так как при весьма быстром на­ греве, что характерно и денно в этом методе, вода бур­ но вскипает и разбрасывает флюс, давая в результате пористый шов. Флюс накладывается на место спая пред­ варительно в количестве значительно меньшем, чем при нагреве пламенем горелок.

7-13. ПАЙКА ТИТАНА

Титан — химически активный металл, и пайка его имеет ряд особенностей.

При температурах папки на воздухе твердыми при­ поями титан покрывается слоем окисла, препятствующе­ го смачиванию припоями. Кроме того, образуются и нитриды (с азотом воздуха).

Большинство стандартных припоев вызывает при пай­ ке титана образование хрупких интер'.металлических сое­ динении.

Стандартные флюсы также не применимы для пайки титана, так как большинство из них образует с титаном химические соединения, которые служат помехой для пайки.

Эти особенности определяют условия, обязательные для качественной пайки титана: быстрый нагрев; при­ пои, не содержащие составных частей, образующих хруп­ кие соединения с титаном; особо тщательная защита титана от кислорода и азота воздуха; применение специ­ альных флюсов; пайка в защитной газовой среде высо­ кой чистоты; лужение деталей перед пайкой; пайка в ва­ кууме.

Пайку титана лучше всего вести при нагреве токами высокой частоты в высоком вакууме при давлении не выше 10~5 мм рт. ст. или в аргоне высшей очистки (сорт А).

В случае пайки в вакууме печь не должна загряз­ няться продуктами распада рабочих жидкостей насосов (лучшие результаты дает применение безмаслянных средств откачки), а в случае пайки в аргоне камера печи должна не продуваться аргоном, а предварительно откачиваться механическим вакуумным насосом по край­ ней мере до давления 10-2 мм рт. ст., а затем заполнять­ ся аргоном. Это необходимо во избежание перемешива­ ния аргона с остатками воздуха: титан при высоких тем­ пературах столь интенсивно соединяется с кислородом и

197

азотом, что ого применяют как насадку в очистительных устройствах для наивысшей очистки аргона и гелия.

При пайке на воздухе нагрев должен быть также на­ сколько возможно быстрым, а в качестве зашиты от окисления применяются специальные флюсы, состав ко­ торых приведен в табл. 7-7 [Л. 36].

Если пет возможности вести нагрев токами высокой частоты, то следует применять кислородо-ацетиленовое

Таблица 7-7

Химический состав флюсов для пайки титана, массовая концентрация, %

пламя тли аргоно-дуговую горелку с вольфрамовым электродом. При этом рекомендуются флюсы № I, 3, 5 и 6. Флюсы, указанные в табл. 7-6, применяются и при пайке в аргоне или гелии, если используют газы не очень высокой чистоты.

Пайка титана мягкими припоями производится после лужения оловом путем прогрева металла под слоем хло­ ристого олова при 400 °С. При этом обильно выделяется белый дым (ПСЦ), так что эту операцию необходимо производить в вытяжном шкафу. Вторым методом луже­ ния титана является погружение его в расплавленное олово при температуре 620 °С не менее чем на 15 мин.

Обязательным условием для всех видов пайки слу­ жит предварительная механическая или химическая очистка поверхности титана от окислов и нитридов, кото­ рая производится непосредственно перед папкой или лужением.

Глава восьмая

ПАЙКА МЕТАЛЛОВ СО СТЕКЛОМ И КЕРАМИКОЙ

8-1. ВОЗМОЖ НОСТЬ ПОЛУЧЕНИЯ ВАКУУМНО-ПЛОТНОГО СПАЯ

Получение вакуумно-плотного спая двух ме­ таллов, которые являются кристаллическими вещест­ вами, более или менее близкими ‘(в большинстве случа­ ев) по температурам плавления, требует соблюдения ря­ да обязательных условий т высокой квалификации рабо­ чего. Тем более вакуумно-плотная пайка металла со стеклом или с керамикой, резко отличающимися от ме­ талла структурой, тепловыми свойствами, химическим составом и механическими свойствами, требует особого внимания и неуклонного соблюдения ряда технологиче­ ских требований.

При высокой температуре стекло пластично, а при остывании становится хрупким. Поэтому для возможно­ сти спаивания стекла с металлом важно, чтобы стекло и металл имели близкие тепловые свойства. Иначе стекло при остывании спая как материал менее прочный, буду­ чи деформируемо спаянным с ним металлом, не вы­ держивает возникающих в спае напряжений и растрески­ вается или отделяется от металла.

Спаи металла и стекла с равными или очень близки­ ми температурными коэффициентами линейного расши­ рения называются согласованными и являются наиболее надежными. Спаи, в которых металл и стекло значитель­ но различаются по тепловым свойствам, называются напряженными или несогласованными. В конструкциях согласованных спаев нет надобности прибегать к особым ухищрениям, чтобы сохранить их целостность при осты­ вании и в дальнейшей их работе.

'Несогласованные надежные спаи возможно осущест­ вить только в том случае, если металлическая часть сое­ динения задумана -и выполнена так, чго она без опасных для стекла напряжений будет поддаваться тем деформа­ циям, которые будет претерпевать стеклянная часть в результате остывания или нагрева.

Большая часть сортов технического стекла имеет тем­ пературный коэффициент линейного расширения в пре-

I9?

Ным, что именно с окисной пленкой на поверхности металла оно сцепляется наиболее прочно и плотно.

Для получения надежных вакуумно-плотных спаев обычно необходимо, чтобы металл был покрыт тонким и ровным слоем плотного окисла.

Если металл покрыт рыхлыми окислами, хотя бы и местами, то сколько-нибудь надежного спая получить нельзя. Некоторые случаи безокнсного спаивания метал­ ла со стеклом, как, например, пайка в вакууме, в дейст­ вительности, вероятно, все же являются пайкой по окис­ лу, так как давления диссоциации окислов большинства металлов при температурах пайки со стеклом лежат да­ леко за пределами давлений в вакуумной печи и за вре­ мя пайки вряд ли возможно приведение поверхности металла за счет диссоциации в абсолютно чистое от оки­ си состояние. А растворение окисла, которым обычно объясняется очистка поверхности металла при прогреве в вакууме, может идти в момент пайки безрезультатно, так как вместо растворившейся пленки окисла может возникнуть новая за счет кислорода, выделенного из стекла.

При температуре пайки стекло в вакууме выделяет значительное количество НгО в виде пара, часть которо­ го должна диссоциировать на поверхности металла и вновь образовывать окпсную пленку.

Насыщенность металла (а также и стекла) газами выше некоторого предела вызывает появление в спае большого количества мелких пузырьков, могущих не только снизить 'механическую его прочность, но и вы­ звать появление трещин или свищей.

Условия вакумно-плотной пайки металла с ке­ рамикой изучены мало и зависят, вероятно, от многих причин.

В отличие от аморфного стекла керамика имеет зер­ нистую структуру. Температура плавления керамики обычно более высокая, чем у спаиваемого с нею метал­ ла. При пайке керамика не размягчается и не обвола­ кивает металл, как это делает стекло. Керамика может

имеет стекловидные компоненты; судя по тому, что мно­ гие спаи керамики с металлом после многократных про­ гревов теряют вакуумную плотность, молено предполо­ жить, что часто эти компоненты находятся в относитель-

201