RU2516204C2 - Diffusion welding of metals with non-metals by electrically blasted interlayers - Google Patents
Diffusion welding of metals with non-metals by electrically blasted interlayers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2516204C2 RU2516204C2 RU2012121979/02A RU2012121979A RU2516204C2 RU 2516204 C2 RU2516204 C2 RU 2516204C2 RU 2012121979/02 A RU2012121979/02 A RU 2012121979/02A RU 2012121979 A RU2012121979 A RU 2012121979A RU 2516204 C2 RU2516204 C2 RU 2516204C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- interlayer
- parts
- metals
- temperature
- vacuum
- Prior art date
Links
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 title abstract description 9
- 238000004021 metal welding Methods 0.000 title abstract 2
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 title description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 13
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 11
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 238000005325 percolation Methods 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000010979 ruby Substances 0.000 description 2
- 229910001750 ruby Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004297 night vision Effects 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000002195 soluble material Substances 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
Способ диффузионной сварки применяется в основном для получения прочного соединения двух или нескольких металлических тел.The diffusion welding method is mainly used to obtain a strong connection of two or more metal bodies.
Тем не менее развитие и совершенствование современной электроники приборостроения, авиационной и других отраслей промышленности невозможно представить без применения новых конструкционных материалов на основе керамики, ситаллов, кварца, ферритов и других неметаллических материалов. Эти материалы созданы на основе оксидов различных элементов и обладают уникальными физико-химическими свойствами.Nevertheless, the development and improvement of modern electronics in instrumentation, aviation and other industries cannot be imagined without the use of new structural materials based on ceramics, ceramic, quartz, ferrite and other non-metallic materials. These materials are based on oxides of various elements and have unique physicochemical properties.
Соединения этих материалов с металлами и друг с другом широко применяются для крепления элементов высокочастотных систем, для смотровых и волноводных окон, оболочек и корпусов электронных и газоразрядных приборов, для фотокатодов в приборах ночного видения, корпусах лазерных гироскопов, в ускорительной технике, при изготовлении ювелирных изделий и др. Традиционные методы получения таких соединений - склеивание и пайка - далеко не всегда обеспечивают высокую прочность, вакуумную плотность, термостойкость, надежный тепловой и электрический контакт, сохранение свойств при длительном хранении.Compounds of these materials with metals and with each other are widely used for fastening elements of high-frequency systems, for viewing and waveguide windows, shells and cases of electronic and gas-discharge devices, for photocathodes in night-vision devices, cases of laser gyroscopes, in accelerator technology, and in the manufacture of jewelry etc. Traditional methods for producing such compounds — bonding and soldering — do not always provide high strength, vacuum density, heat resistance, reliable thermal and electrical contact, preservation of properties during long-term storage.
Перспективный методы соединения разнородных материалов со специальными физико-механическими свойствами при пониженных температуре и давлении - сварка с использованием электрически взрываемых прослоевPromising methods for joining dissimilar materials with special physical and mechanical properties at low temperature and pressure - welding using electrically exploded interlayers
Аналог - ударная сварка в вакууме разработки В.С. Патона. Соединение металлов осуществляется как в заявляемом способе - в вакуумной камере. Нагрузку также прикладывают однократно, но она импульсно воздействует на соединяемые металлы за счет специального ударника находящегося вне вакуумной камеры, поэтому импульсная нагрузка аналогична известному принципу подаваемой заявки. Температура в сварочной камере получается за счет радиационного нагрева или индукционного нагрева свариваемых деталей. В подаваемой заявке температура достигается за счет взрыва проводника.An analogue is shock welding in a vacuum developed by V.S. Paton. The connection of metals is carried out as in the present method - in a vacuum chamber. The load is also applied once, but it impulse acts on the metals being joined due to a special impactor located outside the vacuum chamber, therefore, the impulse load is similar to the well-known principle of the application filed. The temperature in the welding chamber is obtained due to radiation heating or induction heating of the parts to be welded. In the application filed, the temperature is reached due to the explosion of the conductor.
Наиболее близким аналогом заявляемого способа является способ сварки: сварка импульсным электрическим разрядом в жидкости (СИЭЖ) изобретение Юткина Л.А. А.А. Дерибас, В.М. Кудинов, Ф.И. Матвиенков. [авторское свидетельство SU №1309404, №1600101]. (Автор приводит выдержки из книги А.А. Юткина «Электрогидравлический эффект» 1955 год Москва-Ленинград «Машгиз». Тираж 6500.)The closest analogue of the proposed method is a welding method: welding by a pulsed electric discharge in a liquid (SIEC) invention Yutkina L.A. A.A. Deribas, V.M. Kudinov, F.I. Matvienkov. [copyright certificate SU No. 1309404, No. 1600101]. (The author cites extracts from the book by A. A. Yutkin “Electro-hydraulic effect” 1955 Moscow-Leningrad “Mashgiz.” Circulation 6500.)
(Отличие заявленного способа заключается в следующем: в качестве электрически взрываемого прослоя используется пластина, а не проволочка. Процесс осуществляется в вакууме. Технические параметры также отличаются от параметров возникающих в виде импульсных сверх высоких давлений ударной волны в жидкости.)(The difference of the claimed method consists in the following: a plate is used as an electrically exploded interlayer, not a wire. The process is carried out in vacuum. Technical parameters also differ from those arising in the form of pulsed ultra-high pressure shock waves in a liquid.)
Сущность электродинамического эффекта состоит в том, что при высоковольтным импульсном разряде в жидкости вокруг зоны разряда возникают импульсные сверхвысокие давления в виде ударной волны в жидкости, деформирующей пластичные и разрушающей хрупкие объекты вблизи зоны разряда.The essence of the electrodynamic effect is that during a high-voltage pulse discharge in a liquid around a discharge zone, pulsed ultrahigh pressures arise in the form of a shock wave in a liquid that deforms plastic and destroys brittle objects near the discharge zone.
Импульсный электрический разряд внутри объема жидкости осуществляется генератором импульсных токов, состоящим из высоковольтного трансформатора, выпрямителя, батареи конденсаторов и коммутатора. Межэлектронный промежуток в жидкости замкнут металлической проволокой. При пропускании через такую проволоку импульсного разрядного тока возникает явление, называемое электрическим взрывом проводника.A pulsed electrical discharge within the fluid volume is carried out by a pulsed current generator consisting of a high voltage transformer, a rectifier, a capacitor bank, and a switch. The interelectronic gap in the liquid is closed by a metal wire. When a pulsed discharge current is passed through such a wire, a phenomenon occurs called an electric explosion of the conductor.
Недостатком способа может служить значительная ширина слоя приводит к формированию дефектов в стыке, для получения готового переходника необходима механическая обработка.The disadvantage of this method can be a significant width of the layer leads to the formation of defects in the joint, to obtain the finished adapter requires mechanical processing.
Известен способ диффузионной сварки в вакууме [авторское свидетельство SU №1303335 от 24.12.85 г.], позволяющий сваривать с подогревом диэлектриков и полупроводников с металлами или между собой. На поверхность свариваемых деталей из диэлектрика или полупроводника, противоположную свариваемой, устанавливают полупроводниковую пластину из материала с отрицательной дифференциальной проводимостью с металлизированными контактными поверхностями. Детали нагревают, сдавливают и подводят к ним через полупроводниковую пластину высокое напряжение, под действием которого полупроводниковая пластина начинает генерировать высокочастотные и ультразвуковые колебания, соизмеримые с частотой колебаний атомов в решетке свариваемых материалов, которые активизируют процесс.A known method of diffusion welding in vacuum [copyright certificate SU No. 1303335 dated 12.24.85], which allows to heat-weld dielectrics and semiconductors with metals or with each other. A semiconductor wafer made of a material with negative differential conductivity with metallized contact surfaces is mounted on the surface of the parts to be welded from a dielectric or semiconductor, opposite to the one being welded. The parts are heated, squeezed and high voltage is applied to them through the semiconductor wafer, under the influence of which the semiconductor wafer begins to generate high-frequency and ultrasonic vibrations commensurate with the frequency of atomic vibrations in the lattice of the materials being welded, which activate the process.
Недостатком способа является громоздкость установки и недостаточный уровень качества соединений.The disadvantage of this method is the bulkiness of the installation and the insufficient level of quality of the connections.
Известен способ диффузионной сварки пористых материалов через металлическую прослойку [авторское свидетельство SU №1750897 от 11.05.90 г.], позволяющий между охлажденными до минусовых температур свариваемым поверхностям пористых материалов прокачивать газообразное металлоорганическое вещество, в процессе пиролиза которого на свариваемых поверхностях образуется металлическая прослойка. Затем детали нагревают с наружной стороны и после прекращения выхода парогазовой смеси сдавливают и осуществляют изотермическую выдержку. В процессе сварки соединение деталей начинается с их периферии к центру.A known method of diffusion welding of porous materials through a metal interlayer [certificate of authorship SU No. 1750897 of 05/11/90], which allows a gaseous organometallic substance to be pumped between the surfaces of the porous materials cooled to minus temperatures, during which pyrolysis forms a metal interlayer on the surfaces to be welded. Then the parts are heated from the outside and, after the cessation of the vapor-gas mixture, is squeezed and isothermal exposure is performed. In the welding process, the connection of parts begins from their periphery to the center.
Недостатком способа является ограниченность применения. Значительные затраты по времени реализации.The disadvantage of this method is the limited application. Significant cost of implementation time.
Соединение материалов с использованием электрического взрыва прослоев в вакууме (СВзПВ) позволяет решить эти задачи.The combination of materials using an electric explosion of interlayers in vacuum (SVzPV) allows us to solve these problems.
Способ позволяет реализовать принцип, моделей и нанотехнологий соединения конструкционных неметаллов с металлами и с неметаллами через электрически взрываемые прослои в вакууме.The method allows to implement the principle of models and nanotechnologies for connecting structural non-metals with metals and non-metals through electrically exploded interlayers in a vacuum.
Анализ результатов электрического взрываAnalysis of the results of an electric explosion
Для электрического взрыва проводников используется схема колебательного контура с переменным сопротивлением. Схема взрыва прослоя в вакууме показана на фиг.1For an electric explosion of conductors, an oscillatory circuit with variable resistance is used. The explosion pattern of the interlayer in vacuum is shown in figure 1
Схема для сварки с использованием электрического взрыва проводников:Scheme for welding using an electric explosion of conductors:
1 - источник питания,1 - power source
2 - высоковольтный импульсный конденсатор,2 - high voltage pulse capacitor,
3 - замыкатель электрической цепи,3 - circuit breaker,
4 - зарядное сопротивление;4 - charging resistance;
5 - взрывающийся проводник,5 - exploding conductor,
6 - свариваемые детали,6 - welded parts,
7 - вакуумная камера,7 - vacuum chamber,
8 - откачная система,8 - pumping system,
9 - механизм давления.9 - pressure mechanism.
Температурный и временной режим электрического взрыва определяет наноструктуру материалов в зоне соединения. Температура в разных точках взрывающегося проводника различна и может колебаться от комнатной до температуры испарения. Модель для определения средней температуры проводника представляет собой систему дифференциальных уравнений:The temperature and time regime of an electric explosion determines the nanostructure of materials in the joint zone. The temperature at different points of the exploding conductor is different and can range from room temperature to evaporation temperature. The model for determining the average temperature of the conductor is a system of differential equations:
cP(t)=a+10-3·b·T(t)+105·c·T(t)-2,c P (t) = a +10 -3 · b · T (t) +10 5 · c · T (t) -2 ,
где V(t) - напряжение на прослое; RO - сопротивление цепи; R(t,d) - сопротивление прослоя; L - индуктивность цепи; C - емкость цепи CP(t) - емкость прослоя; md - масса прослоя Sn - площадь прослоя σC - постоянная Стефана-Больцмана LX - характерная длина; λO - коэффициент теплопроводности деталей; TO - температура оснастки.where V (t) is the interlayer voltage; R O is the resistance of the circuit; R (t, d) is the interlayer resistance; L is the inductance of the circuit; C is the capacity of the circuit C P (t) is the capacity of the interlayer; m d - mass of the interlayer S n - interlayer area σ C - Stefan-Boltzmann constant L X - characteristic length; λ O is the coefficient of thermal conductivity of parts; T O - temperature snap.
Первые два уравнения описывают разряд последовательной RLC цепи. Третье представляет собой баланс энергии в проводнике: увеличение внутренней энергии проводника равно разности подводимой электрической мощности и расходу мощности на теплоотвод и тепловое излучение. Четвертое уравнение описывает зависимость теплоемкости прослоя от температуры. Из этой системы уравнений определяется напряжение на прослое, температура прослоя, производная напряжения по времени. Ток в проводнике и мощность определяются по формулам:The first two equations describe the discharge of a serial RLC circuit. The third is the balance of energy in the conductor: an increase in the internal energy of the conductor is equal to the difference between the supplied electric power and the power consumption for heat sink and thermal radiation. The fourth equation describes the temperature dependence of the heat capacity of the interlayer. From this system of equations, the interlayer stress, the interlayer temperature, and the time derivative of the voltage are determined. The current in the conductor and power are determined by the formulas:
Зависимости напряжения, тока и температуры прослоя от времени показаны на фиг.2. Зависимость сопротивления прослоя от времени определялась из перколяционной модели и аппроксимировалась формулойThe dependences of voltage, current, and interlayer temperature on time are shown in FIG. The dependence of the interlayer resistance on time was determined from the percolation model and approximated by the formula
где τr=Kr(RO+ROn(d))·C - постоянная времени разрядаwhere τ r = K r (R O + R On (d)) · C is the discharge time constant
Зависимость тока, А (а), напряжения, В (б), и температуры прослоя, К (в) от времени.Dependence of current, A (a), voltage, V (b), and interlayer temperature, K (c) on time.
Построенная модель позволяет определить среднюю температуру прослоя в процессе взрыва в зависимости от материала прослоя и параметров разрядной цепи: емкости конденсатора, индуктивности цепи, размеров прослоя. Высокие температуры (до 30000 К) и малые времена процессы (микросекунды) обеспечивают образование в зоне соединения наноструктуры из материалов соединяемых деталей и взрываемого проводника.The constructed model allows us to determine the average temperature of the interlayer during the explosion, depending on the material of the interlayer and the parameters of the discharge circuit: capacitor capacitance, circuit inductance, interlayer dimensions. High temperatures (up to 30000 K) and short time processes (microseconds) ensure the formation of a nanostructure from the materials of the parts to be connected and the exploding conductor in the joint zone.
Локальные температуры в зоне контакта определялись из перколяционной модели. Плоский проводник представлен в виде сетки сопротивлений со случайным или регулярным разбросом номиналов сопротивлений. В предложенной качественной модели цепь рассчитывается матрично-топологическим методом по следующему алгоритму. Вначале задаются характеристики материала прослоя в твердом и жидком состояниях (проводимость, плотность, удельная теплоемкость, температура плавления, температура кипения, температурные коэффициенты, коэффициент теплопроводности, молярные массы), начальная температура, напряжение, сопротивления элементов и размеры прослоя. Далее на каждом шаге по времени рассчитываются в каждой ветви сетки токи, электрические мощности, температура, определяемая по уравнению баланса внутренней и электрической энергии. Если в ветви достигается температура испарения, принимается, что сопротивление перегорело. Перегоревшие сопротивления образуют кластеры, которые, объединяясь, образуют разрывной кластер, разрушающий прослой и прекращающий протекание тока. Зависимость сопротивления прослоя от времени Rn(t) использовалась для расчета параметров электрической цепи колебательного контура. Эта зависимость аппроксимировалась экспонентой.Local temperatures in the contact zone were determined from the percolation model. The flat conductor is presented in the form of a grid of resistances with random or regular scatter of resistance values. In the proposed qualitative model, the circuit is calculated by the matrix-topological method according to the following algorithm. Initially, the characteristics of the interlayer material in the solid and liquid states (conductivity, density, specific heat, melting point, boiling point, temperature coefficients, thermal conductivity, molar masses), initial temperature, voltage, element resistances, and interlayer dimensions are set. Further, at each time step, currents, electric capacities, temperature, calculated by the equation of balance of internal and electric energy, are calculated in each branch of the grid. If the evaporation temperature is reached in the branch, it is assumed that the resistance has burned out. Blown resistances form clusters, which, when combined, form a discontinuous cluster that destroys the interlayer and stops the flow of current. The dependence of the interlayer resistance on time R n (t) was used to calculate the parameters of the electric circuit of the oscillatory circuit. This dependence was approximated by the exponent.
Температура ветвей для трех моментов времени показана на фиг.3. Отчетливо видны «пики» температур на границах зерен.The temperature of the branches for three points in time is shown in figure 3. The "peaks" of temperatures at the grain boundaries are clearly visible.
Согласно предложенной перколяционной модели и экспериментальных результатов представляется следующая физическая картина взрыва проводника. Так как сопротивление границ зерен значительно больше сопротивления в объеме, то плавление начинается с границы зерен и распространяется в их глубь.According to the proposed percolation model and experimental results, the following physical picture of a conductor explosion is presented. Since the resistance of the grain boundaries is much larger than the resistance in the bulk, melting starts from the grain boundary and extends into their depths.
Для определения механизма взаимодействия материалов при СВзПВ исследованы кристаллографические аспекты образования соединений разнородных материалов в твердом состоянии при невысоких температурах, когда гетеродиффузия или диффузия на поверхности сварки не имеет ощутимого развития. По аналогии с диффузионной сваркой такое соединение может быть классифицировано как соединение адгезионного типа.In order to determine the mechanism of interaction of materials during UHFW, the crystallographic aspects of the formation of compounds of dissimilar materials in the solid state at low temperatures, when heterodiffusion or diffusion on the welding surface does not have a noticeable development, are studied. By analogy with diffusion welding, such a joint can be classified as an adhesive type joint.
Исследования дифрактограмм металлической фольги после сварки с использованием СВзПВ представлены на фиг.4, а исходной фольги из материала 47НД на фиг.5, векторами предпочтительной ориентации кристаллографических плоскостей, ограничивающих фольгу.Studies of diffraction patterns of a metal foil after welding using SVZPV are presented in Fig. 4, and the initial foil from material 47ND in Fig. 5, with vectors of the preferred orientation of the crystallographic planes bounding the foil.
Таким образом, плавление и кристаллизация привели к переориентации предпочтительных кристаллографических направлений в металлической прослойке.Thus, melting and crystallization have led to a reorientation of the preferred crystallographic directions in the metal interlayer.
Проведенные рентгеноструктурные исследования поверхности никелевой прослойки после разрушения соединения по границе контакта показали существенное изменение интенсивностей рефлексов от плоскостей с малыми индексами Миллера.The X-ray diffraction studies of the surface of the nickel interlayer after the destruction of the compound along the contact boundary showed a significant change in the intensities of reflections from planes with small Miller indices.
Это обеспечивает возможность при использовании СВзПВ получать качественные соединения металлов и неметаллов, а также неметаллов с неметаллами (керамика + ферриты, ситалл + кварцевое стекло, рубин + рубин и др.). Сварку проводили при остаточном давлении в вакуумной камере 10-4 Па, сварочном давлении 20…30 МПа и температуре деталей 500…600 К.This makes it possible, when using SVzPV, to obtain high-quality compounds of metals and non-metals, as well as non-metals with non-metals (ceramics + ferrites, glass + quartz glass, ruby + ruby, etc.). Welding was carried out at a residual pressure in a vacuum chamber of 10 -4 Pa, a welding pressure of 20 ... 30 MPa and a temperature of parts of 500 ... 600 K.
Предложенный способ соединения материалов (металлов с металлами, металлов с не металлами и не металлических материалов друг с другом) включающий нагрев свариваемых материалов в вакууме 10-2-10-3 Па (паскаль), первичный нагрев до 200-500°C в вакууме с последующим пропусканием через металлическую прослойку, избранную по физико-химическим свойствам близким к соединяемым материалам (материал выбирается при сварке металлов из взаимной растворимости материалов, например: при соединении меди с молибденом - это взаимно растворимые материалы, прослойка выбирается из никеля, который взаимно растворим с медью и молибденом; при соединении с неметаллическими материалами, если материал прослойки образует новое химическое соединение с неметаллом, например: вакуум плотная керамика ВК-1, ВК-2 с алюминием или титаном). Импульсного тока с мощностью 5-10 кило джоулей за счет разряда конденсатора, отличающийся тем, что импульсный ток обеспечивает нагрев прослоя до температуры образования расплавленных кластеров, которые используя эффект электропроводимости объединяясь образуют разрывной кластер, разрушающий прослой, с образованием соединения наноструктуры из материалов соединяемых деталей и взрываемого прослоя с характерным звуковым сигналом (типа взрыва), и прекращающим протеканием тока, сразу после этого к соединяемым деталям прикладывается сжимающее давление, детали в камере охлаждаются до комнатной температуры, такое протекание процесса обеспечивает формирование качественного соединения за счет подстройки кристаллических решеток соединяемых деталей.The proposed method of joining materials (metals with metals, metals with non-metals and non-metallic materials with each other) comprising heating the materials to be welded in a vacuum of 10 -2 -10 -3 Pa (Pascal), primary heating to 200-500 ° C in a vacuum with then passing through a metal interlayer selected by the physicochemical properties close to the materials to be joined (the material is selected when welding metals from the mutual solubility of materials, for example: when connecting copper with molybdenum, these are mutually soluble materials, the interlayer it is selected from nickel, which is mutually soluble with copper and molybdenum; when combined with non-metallic materials, if the interlayer material forms a new chemical compound with non-metal, for example: vacuum dense ceramic VK-1, VK-2 with aluminum or titanium). A pulsed current with a power of 5-10 kilo joules due to the discharge of a capacitor, characterized in that the pulsed current provides heating of the interlayer to the temperature of formation of molten clusters, which, using the electrical conductivity effect, combine to form a discontinuous cluster, destroying the interlayer, with the formation of a nanostructure from materials of joined parts and of an exploding interlayer with a characteristic sound signal (such as an explosion), and stopping the flow of current, immediately after that I compress its pressure, the items in the chamber are cooled to room temperature, this flow process provides forming secure connections by adjusting the crystal lattices of the parts.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012121979/02A RU2516204C2 (en) | 2012-05-28 | 2012-05-28 | Diffusion welding of metals with non-metals by electrically blasted interlayers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012121979/02A RU2516204C2 (en) | 2012-05-28 | 2012-05-28 | Diffusion welding of metals with non-metals by electrically blasted interlayers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012121979A RU2012121979A (en) | 2013-12-10 |
| RU2516204C2 true RU2516204C2 (en) | 2014-05-20 |
Family
ID=49682559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012121979/02A RU2516204C2 (en) | 2012-05-28 | 2012-05-28 | Diffusion welding of metals with non-metals by electrically blasted interlayers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2516204C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2804900C1 (en) * | 2023-06-16 | 2023-10-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method for producing coating on inner surface of hollow part using electrical explosion of conductor. |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1556847A1 (en) * | 1988-07-19 | 1990-04-15 | Саратовский политехнический институт | Method of pressure welding |
| SU1586880A1 (en) * | 1984-08-08 | 1990-08-23 | Саратовский политехнический институт | Apparatus for diffusion welding |
| US5294242A (en) * | 1991-09-30 | 1994-03-15 | Air Products And Chemicals | Method for making metal powders |
| RU2021851C1 (en) * | 1992-05-19 | 1994-10-30 | Международная ассоциация "Земля и космонавтика" | Method of producing dispersed materials |
| SU1073961A1 (en) * | 1982-06-07 | 1996-06-27 | Проектно-конструкторское бюро электрогидравлики АН УССР | Apparatus for pressure welding of tubes with pulse loading |
-
2012
- 2012-05-28 RU RU2012121979/02A patent/RU2516204C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1073961A1 (en) * | 1982-06-07 | 1996-06-27 | Проектно-конструкторское бюро электрогидравлики АН УССР | Apparatus for pressure welding of tubes with pulse loading |
| SU1586880A1 (en) * | 1984-08-08 | 1990-08-23 | Саратовский политехнический институт | Apparatus for diffusion welding |
| SU1556847A1 (en) * | 1988-07-19 | 1990-04-15 | Саратовский политехнический институт | Method of pressure welding |
| US5294242A (en) * | 1991-09-30 | 1994-03-15 | Air Products And Chemicals | Method for making metal powders |
| RU2021851C1 (en) * | 1992-05-19 | 1994-10-30 | Международная ассоциация "Земля и космонавтика" | Method of producing dispersed materials |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2804900C1 (en) * | 2023-06-16 | 2023-10-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method for producing coating on inner surface of hollow part using electrical explosion of conductor. |
| RU2805093C1 (en) * | 2023-06-16 | 2023-10-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method for producing coating on inner surface of hollow part using electrical explosion of conductor |
| RU236674U1 (en) * | 2025-03-17 | 2025-08-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." | Diffusion welding device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012121979A (en) | 2013-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Olevsky et al. | Field-assisted sintering | |
| Mahdy et al. | Analytical solutions of time-fractional heat order for a magneto-photothermal semiconductor medium with Thomson effects and initial stress | |
| US8207478B2 (en) | Method and apparatus for rapid thermal processing and bonding of materials using RF and microwaves | |
| Murphy et al. | Dynamical simulations of an electronically induced solid-solid phase transformation in tungsten | |
| Lanin et al. | Induction devices for assembly soldering in electronics | |
| Rawat et al. | A comparative study of interface material through selective microwave hybrid heating for joining metal plates | |
| Kabeer et al. | Road of warm dense noble metals to the plasma state: Ab initio theory of the ultrafast structural dynamics in warm dense matter | |
| CN105254296B (en) | A kind of unleaded high energy storage ferroelectric material and its application | |
| Iabbaden et al. | Molecular dynamics simulation of structural evolution in crystalline and amorphous CuZr alloys upon ultrafast laser irradiation | |
| Logan et al. | Calculation of heating and burst phenomena in electrically exploded foils | |
| Joo et al. | Analysis of temperature rise for piezoelectric transformer using finite-element method | |
| RU2516204C2 (en) | Diffusion welding of metals with non-metals by electrically blasted interlayers | |
| Chen et al. | Research on low-temperature anodic bonding using induction heating | |
| Savvatimskiy | Liquid carbon density and resistivity | |
| Hou et al. | Dimension Influence on the Interface Fatigue Characteristics of Three-Dimensional TSV Array: A Fully Coupled Thermal-Electrical-Structural Analysis | |
| RU128541U1 (en) | DEVICE FOR DIFFUSION WELDING OF METALS WITH NON-METALS BY METHOD OF ELECTRICALLY EXPLOSABLE INTERMEDIATES IN VACUUM | |
| Hock et al. | Low-temperature caloric behavior of a free sodium nanoparticle | |
| Belyavin et al. | Modeling of the Process of Electric‐Discharge Sintering of Metal Powders | |
| Wang et al. | Measuring the electrical resistivity of vanadium across the shock-induced phase transformation | |
| Reddy et al. | Numerical Simulation on Microwave Melting of Hastelloy C-276 | |
| Bulat et al. | Targeted use of SPS method for improvement of thermoelectrics | |
| Lian et al. | THE INDUCTION HEATING BEHAVIOR ON METALLIC POWDER COMPACT: AN EXPERIMENTAL STUDY AND FINITE ELEMENT ANALYSIS | |
| Mohammed et al. | Influence of a silver epoxy dopant on the performance of broken piezoelectric ceramic transducer based on an analytical model | |
| Hefford et al. | Monitoring changes in microwave absorption of Ti64 powder during microwave sintering | |
| Muffoletto et al. | Effects of Inductance on the Pressure Produced From Exploding Aluminum Metallized Capacitor Grade Polypropylene Films |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150529 |