Повышение прочности соединения пьезокерамики с металлом при диффузионной сварке Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»

ляет не более 5 МПа, при этом ширина переходной зоны равна 11 мкм. С увеличением температуры сварки до 673 К прочность соединения повышается до 18 МПа, а ширина переходной зоны достигает 60 мкм.

Микроструктура диффузионного соединения Ф-4 + АМг6

При дальнейшем увеличении температуры сварки прочность соединения начинает снижаться, что можно объяснить частичной термодеструкцией фторопла-ста-4.

Для исследования влияния других параметров режима сварки на прочность соединения температуру сварки образцов принимали равной 673 К.

Сварочное давление Р = 0,5 МПа не обеспечивает плотный физический контакт свариваемых поверхностей, в связи с чем прочность соединений не превышает 5 МПа. С увеличением давления до 1,5 МПа прочность соединения возрастает до 18 МПа, а затем практически не изменяется. При давлении свыше 2,5 МПа наблюдается выдавливание фторопласта из зоны сварки.

Существенное влияние на прочность соединения оказывают УЗК. При озвучивании зоны сварки направленными УЗК частотой 2 МГц интенсивностью 1105 Вт/м2 в течение 600 с прочность соединения составляет 8 МПа. С увеличением интенсивности УЗК до 3 105 Вт/м2 прочность соединений повышается до 18 МПа, а при дальнейшем увеличении интенсивности ухудшаются условия работы УЗ-генератора. При испытании образцов, сваренных диффузионной сваркой на тех же режимах, но без наложения УЗК прочность соединений не превышает 15 МПа. При этом ширина переходной зоны составила 15 мкм.

Сопоставляя результаты испытаний на растяжение и металлографических исследований, можно сделать вывод, что прочность диффузионных соединений Ф-4+АМг6 определяется шириной переходной зоны. Оптимальное значение ширины переходной зоны составляет 40 мкм, при которой максимальная прочность св =18 МПа.

Этому значению ширины соответствуют оптимальные значения параметров режима ДСВ: температура сварки Тсв = 673 К; сварочное давление Р = 1,5 МПа; частота УЗК fузK = 2 МГц; интенсивность УЗК 1узк = 2 105 Вт/м2; время озвучивания УЗК тузк = 600 с.

Библиографические ссылки

1. Диффузионная сварка материалов / под общ. ред. Н. Ф. Казакова. М. : Машиностроение, 1981. 271 с.

2. Бачин В. А., Квасницкий В. Ф., Котельников Д. И. и др. Теория, технология и оборудование диффузионной сварки / под общ. ред. В. А. Бачина. М. : Машиностроение, 1991. 352 с.

© Лецковник А. В., Сафонова Е. В., 2013

УДК 621.791.4

А. Е. Пестов, А. А. Бобоед Научный руководитель - С. В. Прокопьев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ СОЕДИНЕНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИКИ С МЕТАЛЛОМ ПРИ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКЕ

Приведены результаты исследований с целью повышения прочности соединения пьезокерамики с металлами при диффузионной сварки.

При диффузионной сварке разнородных материалов, имеющих различные коэффициенты температурного расширения прочность сварного соединения на разрыв, как правило ниже, чем в основном материале. Это объясняется наличием остаточных сварочных деформаций в сварной конструкции.

Известны работы [1; 2] по сварке металло-керамических узлов, где с целью повышения прочности соединения изменялась толщина медной проклад-

ки. В этих работах приведены исследования зависимости толщины медной прокладки от давления сварки. При низких давлениях интенсивность деформации металла, а тем более керамики мала. При этом скорость образования физического контакта и активация контактной поверхности керамики также малы. Образование физического контакта и схватывание происходят не на всей площади соединения. С увеличением давления повышение прочности соединения связано с

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

ростом скорости образования физического контакта и активацией контактных поверхностей. Максимальная прочность на изгиб сварных соединений соответствует давлениям, при которых для каждой исследуемой толщины меди происходит образование полного физического контакта, активация и схватывание по всей контактной поверхности керамики. Максимумы прочности соединения увеличиваются по мере уменьшения толщины медных дисков. Это результат того, что остаточные напряжения в сварных соединениях снижаются.

С целью повышения прочности соединения в экспериментальных исследованиях по диффузионной сварке пьезокерамики с металлом применяли отожженную медь (рис. 1). Повышение прочности в этих соединениях можно объяснить уменьшением релаксационной стойкости меди, а следовательно, уменьшением остаточных напряжений в зоне сварки.

<МПа

15

14

13

12

11

х1

1 . 2

3

мм

0,05 0,1 0,15 0,3 Т = 1103 К; Р = 7 МПа; т = 40 мин

Зависимость прочности соединения от толщины и марки металлической прокладки (электрода): 1 - ковар 29НК (обмедненный); 2 - медь М-1 (отожженная); 3 - медь М-1

Применение железосодержащих сплавов, у которых коэффициенты температурного расширения близки к КТЛР керамики, и которые успешно применяются при сварке стекол и алюмооксидной керамики, для сварки пьезокерамики практически непригоден. Проведенные исследования показали, что получить прочность соединения, которое удовлетворяло бы требованиям, предъявляемым к изготовлению пье-зокерамических датчиков, недостаточна.

Учитывая проведенные исследования, где установлено, что медь вступает во взаимодействие с элементами пьезокерамики и в результате чего образуется переходная зона, которая определяет прочность сварного соединения - были изготовлены образцы из ковара 29НК на которые в последствии гальваническим путем наносили медь. Толщина медного покрытия на коваре составляла 3.. .5 мкм.

Зависимость прочности сварного соединения пье-зокерамики ЦТСНВ-1 с металлом от толщины электрода и его марки (ковар 29 НК, меди М-1 и отожженной меди М-1) представлена на рис. 1.

Таким образом, исследованияпоказали, что максимальная прочность соединения в пьезопреобразовате-лях достигается при применении в качестве электродов обмедненного ковара и достигает ~ 16 МПа.

Библиографические ссылки

1. Метелкин И. И., Павлова М. А., Поздеева Н. В. Сварка керамики с металлами. М. : Металургия, 1977. 160 с.

2. Лямин Я. В., Мусин Р. К. Напряженно-деформированное состояние металлических прокладок при сварке давлением керамических материалов // Сварочное производство. 1999. № 4. С. 3-5.

© Пестов А. Е., Бобоед А. А., 2013

УДК 621.791.4

А. Е. Пестов, Е. В. Сафонова Научный руководитель - С. В. Прокопьев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

РАЗРАБОТКА ПРОГРЕССИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИХ ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ

Представлены результаты разработки технологического процесса изготовления акустических преобразователей диффузионной сварки.

Применение пьезокерамических элементов на основе сегнето- и пьезоматериалов открывает широкие перспективы в различных областях науки и техники. Пьезокерамические элементы - элементы функциональной электроники- используют в радиоэлектронике, устройствах автоматики, вычислительной и измерительной технике. Применение пьезоэлементов эффективно и вместе с тем достаточно просто решает многие проблемы измерения различных физических величин электрической и неэлектрической природы.

Пьезоэлементы широко используют в качестве экономичных преобразователей энергии сигналов.

Широко применяемые в настоящее время методы соединения металлов с пьезокерамикой пайкой и склеиванием не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к пьезопреобразователям.

В последние годы для соединения пьезокерамики с металлами стали успешно применять способ диффузионной сварки в вакууме [1].

В настоящее время пьезоэлектрические датчики