CC BY
31УДК 621.793.79
С.И.Пугачев1, Н.Г.Семенова2
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ
МЕТАЛЛИЗАЦИЯ
МАТЕРИАЛОВ
Санкт- Петербургский госуда рсгвенный
морской технический университет
190008, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д. 3
Приводятся результаты теоретического и экспериментального исследования процесса соединения разнородных материалов методом ультразвуковой металлизации по схеме «тонкого слоя». Рассматриваются элементы технологии ультразвуковой металлизации и формулируются основные направления ее производственного применения.
Ключевые слова: ультразвук, схема тонкого слоя, акустогидродина-мические явления, адгезия, физические методы анализа, технологические режимы металлизации.
Введение
Исследователи давно пытаются создать способы металлизации, которые, отличаясь универсальностью, т.е. применимостью к материалам различной физикохимической природы, обеспечивали бы высокие значения физико-механических характеристик соединений с металлом в заданных условиях эксплуатации. В решении этой задачи видное место должно быть отведено ультразвуковой металлизации (уЗм), под которой понимают нанесение и закрепление металлических покрытий на поверхности твердого тела, производимое в акустических полях.
Нами была предложена принципиально новая схема УЗМ, по которой металлизация осуществлялась при наличии малого зазора между помещенным в расплав металла излучателем ультразвука и поверхностью металлизируемой детали. Названная «схемой тонкого слоя» она обеспечила высокое качество соединений разнородных материалов и послужила основой для проведения теоретических и экспериментальных исследований процесса УЗМ.
Воздействие ультразвуковых колебаний (УЗК) на границу раздела металлический расплав - твердое тело
Волновое поле в объеме расплава. В схеме тонкого слоя (рисунок 1) волновод УЗК частотой 20 кГц возбуждает акустическое поле в первоначально полусферической капле расплава. Капля находится на твердой подложке -металлизируемой детали, размещенной на массивном основании. Зазор волновод - подложка варьируется в пределах 0,1...0,5 мм. Поскольку уже в начальной стадии УЗМ капля растекается в слой, и радиус R волновода УЗК много больше всех размеров задачи, то для анализа волновой обстановки использовалось приближение, по которому акустическая обстановка в схеме описывается полем в плоском тонком жестком слое, расположенном на однородном упругом полупространстве (рисунок 2).
Рисунок. 1. Ультразвуковая металлизация по схеме тонкого слоя. Структурная схема,
1 - преобразователь, 2 - концентратор, 3 - нагреватель инструмента, 4 - инструмент, 5 - расплав, 6 - металлизируемая деталь, 7 - нагреватель детали, 8 - станина станка для металлизации I - ультразвуковой генератор, II - высокочастотный ваттметр, III -система крепления и перемещения колебательной системы, IV - контрольные и регулирующие приборы/.
1 Пугачев Сергей Иванович, д-р техн. наук, профессор каф. физики Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. spugachev@bk.ru
2 Семенова Наталия Глебовна, канд. физ.-мат. наук, доцент каф. радиофизики Санкт-Петербургского государственного университета, tatabukamena@rambler.ru
Дата поступления - 5 июля 2012 года
Таблица 1. Измеренные и рассчитанные значения фазовой скорости плоской вязкой волны в глицерине ( V = 6,8 • 10- м2 / с )
(1)
(2)
s-=f
V a
V=1
p
(3)
к = -
(4)
Частота, Гц 0,3 0,5 1,0 2,0
Сизм , см/с- 3,5 4,5 5,5 15,0
Срасч.,см/с 5,0 6,4 9,1 12,0
Рисунок. 2. Ультразвуковая металлизация по схеме тонкого слоя. Модельная схема,
1 -волновод ультразвуковых колебаний, 2 - капля расплава, 3 - металлизируемая деталь, 4 - основание.
Характерные размеры объема расплава много меньше длины продольной волны, определяемой частотой УЗК. Однако погруженная в расплав боковая поверхность волновода, частицы которой движутся тангенциально относительно жидкости, служит источником более коротких - вязких волн. Генерируемая в жидкости плоскостью X = 0, совпадающей с поверхностью волновода и колеблющейся по гармоническому закону в своей плоскости со скоростью их=о = ио cosmt, вязкая волна описывается решением (2) уравнения (1) движения среды [1]:
до д2о
— = v—^, dt дх
“§ ( х Л
о = оe s cos at------\,
0 I s)
где 8 - толщина пограничного слоя,у - кинематический коэффициент вязкости среды. Они соответственно равны
Из (2) следует, что вязкая волна затухает при удалении от плоскости вглубь жидкости. На расстоянии 5 амплитуда волны затухает в е раз. Затухание вязкой волны много больше (на 10 порядков для глицерина и на 8 порядков для воды) затухания продольной волны на выбранной частоте.
Нами экспериментально исследовалось убывание колебательной скорости плоской вязкой волны в свободном полупространстве в глицерине [2]. Установлено, что с удалением от источника колебательная скорость спадает по более сложному закону, чем это следует из уравнения (1) и решения (2). Вблизи колеблющейся поверхности градиенты скорости велики и тем больше, чем больше колебательная скорость границы или колебательное число Рейнольдса, Re.. На расстоянии от границы порядка 5/5 скорость спадает по экспоненте, затухание совпадает с теоретическим, и становится равным 0,26 мм-1.
Применительно к процессу УЗМ в таблице 2 приведены характеристики вязкой волны в сплаве Вуда и, для сравнения, в воде.
Таблица 2. Характеристики вязкой волны
Характеристика б, м А, м с, м/с а, м 1
вязкой волны
Сплав Вуда 0,17" 10-3 1,1-10-3 22 6
Комплексное волновое число вязкой волны
1 +1
~8~
Фазовая скорость распространения плоской вязкой волны
= 8 -т. (5)
Вязкая волна (2)-- поперечная: волновой вектор ее направлен перпендикулярно образующей волновода, а колебательные скорости частиц расплава - параллельно ей.
Нами [2] экспериментально исследовались вязкие волны, генерируемые пластиной или цилиндром, осциллирующими в диапазоне частот 0,3...2,0 Гц в глицерине (таблица 1). Видно, что измеренные значения фазовой скорости меньше полученных по выражению (5), хотя и совпадают по порядку величины. Методическая погрешность экспериментов составляла 30%. Заметим, что скорости цилиндрической вязкой волны близки к скорости плоской и совпадают с ней в пределах погрешности измерений на расстояниях от колеблющегося тела, больших толщины пограничного слоя. В то же время скорость вязкой волны значительно меньше скорости продольной волны и зависит от частоты.
Примечание: 5 - толщина пограничного слоя, Л, с а - длина, фазовая скорость и коэффициент поглощения вязкой волны.
Кроме рассмотренного поля вязких волн в объеме расплава под волноводом существует колебательное поле. Волновод совершает возвратно- поступательное движение вверх-вниз с ультразвуковой частотой. Под волноводом колебательные скорости направлены по оси колебаний, и, ввиду малости толщины слоя расплава его частицы движутся синфазно. При движении волновод вытесняет периодически жидкость из-под себя в один полупериод; в следующий полупериод жидкость возвращается обратно, поскольку в это время давление под цилиндром падает по сравнению с равновесным на удаленном от него расстоянии. Рассмотренный эффект подтверждается численным экспериментом (рисунок 3). По правой оси ординат можно определить величины изменения давления в жидкости под волноводом. Позади движущегося тела на оси колебаний наблюдается разрежение. Величина разрежения зависит от числа Re и может достигать больших величин. Заметим, что объем расплава ограничен не только поверхностью образца, но и мягкой границей с воздухом. Это означает, что осциллирующее тело (волновод) работает в мягком экране.
Рисунок .3. Распределение давлений в момент времени 20Т+ Т/200 ( тело движется справа - налево) для Яе= 63 .Т - период колебаний, Т/200 - шаг счета по времени.
Нелинейные акустогидродинамические явления при УЗМ. К ним относятся акустические течения и кавитация. Акустические течения - средний во времени однонаправленный массоперенос жидкости [3]. Он возникает при необратимом взаимодействии волны и среды из-за поглощения средой импульса и энергии (в нашем случае вязкой) волны. Течения возникают на боковой поверхности волновода и оттекают от него по волновому вектору вязкой волны. Подтекает жидкость туда, где тангенциальная колебательная скорость волновода равна нулю, т.е. под него. Линии тока течения замкнуты. Кроме этих течений, возникает потенциальное перекачивание жидкости при возвратно-поступательном движении ультразвукового инструмента (УЗИ). Такие течения формируют гидродинамическое поле в рассматриваемой модели.
Направление линий тока описываемых течений, их структура, масштаб и скорости зависят от числа Яе. Численное исследование течений путем решения нестационарного нелинейного уравнения движения вязкой жидкости вблизи малого, по сравнению с длиной продольной волны, осциллирующего цилиндра позволило получить мгновенное распределение скорости движения жидкости (рисунок 4). Видно, что через 10 - 12 периодов Т колебаний течения становятся стационарными, что подтверждается результатами экспериментов [3].
Рисунок 4. Мгновенное поле скоростей в момент времени 21 Тпри Яе = 63. Разрез поперек образующей цилиндра. Цилиндр радиуса Я осциллирует по оси х. Стрелками показано направление линий тока течений,
Из рисунка 4 следует, что при осцилляции тела в жидкости возникают системы вихрей, распределенные по квадрантам. При больших числах Яе жидкость оттекает от тела по оси колебаний и подтекает в ортогональном к ней направлении. В [3] такие вихри называют внешними. При уменьшении числа Яе между телом и внешним вихрем появляется ещё один вихрь - внутренний, в котором направление линий тока противоположное внешнему. Именно он обязан своим происхождением вязкой волне. Аналогичная система внутренних вихрей наблюдается при дальнейшем уменьшении числа Яе, но внешний вихрь пропадает. Этим ситуациям соответствуют рассчитанные распределения давлений в жидкости. На рисунке 3 справа показано поле давлений для наиболее интересного случая при Яе = 63. Отчетливо видны области с максимальным значением давления, которым на рисунке 4 соответствуют точки бифуркации: соседние линии тока принадлежат разным вихрям.
Масштабы вихрей течений определяются размером колеблющегося тела, (рисунки 3 и 4) и числом Яе. С ростом Яе характерный размер внешнего вихря возрастает до потери им устойчивости. Размер внутреннего вихря может превышать размер толщины пограничного слоя в десятки раз. Скорости течения растут с ростом колебательных скоростей УЗИ, но не могут их превысить. Соотношение между ними зависит от поглощающих свойств среды для акустической волны.
Таким образом, акустические течения играют существенную роль в интенсификации диффузионной стадии фи-
зико-химических процессов в системе жидкость - твердое тело.
Под акустической кавитацией понимают разрыв жидкости в местах пониженного давления с последующим заполнением возникающей полости парогазовой смесью, образованием пузырька и его вынужденными колебаниями под воздействием акустического поля. О наличии кавитации при УЗМ в тонком жидком слое свидетельствует эрозия поверхностей УЗИ и металлизируемой детали и появление кавитационных шумов. Применительно к модели исследуемой схемы, выше показано, что при УЗМ в расплаве периодически возникают с частотой возбуждения УЗИ растягивающие напряжения. При больших амплитудах смещения в жидком слое возможно изотермическое вскипание жидкости, чему способствует вязкая диссипация энергии в слое.
Способность кавитации вызывать эрозию поверхности твердых тел, увеличивать скорость подъема жидкости в капиллярах, инициировать процессы взаимодействия фаз в системе жидкость - твердое тело определяет главную роль кавитации при осуществлении УЗМ.
Применительно к задаче реализации УЗМ по схеме тонкого слоя, нами рассматривалось захлопывание первоначально сферического пузырька у твердой стенки или между твердыми стенками [5]. В рамках теории несферического захлопывания кавитационного пузырька (рисунки 5, 6) были рассчитаны значения локальных температур и давлений, обусловленных действием кумулятивной и радиальной струй при УЗМ в ряде расплавов металлов и определен оптимальный зазор между УЗИ и металлизируемой поверхностью. Так, для случая захлопывания кавитационного пузырька в зазоре порядка его размера в расплаве эвтектики Бп - 03 - гп давление в зоне действия высокоскоростной струи жидкости составило 680 МПа, а температура парогазовой смеси внутри пузырька составила 3650 К.
^ )—2 ' / /
е=г
Рисунок 5. Кавитационный пузырек, захлопывающийся в щелевом зазоре между ультразвуковым излучателем и металлизируемой поверхностью, 1 - твердые граничные поверхности, 2 - пузырек.
Рисунок ,6, Захлопывание кавитационного пузырька в расплаве 5п-Сс!-гп в зазоре между ультразвуковым излучателем и металлизируемой поверхностью, а - зависимость безразмерного текущего радиуса от безразмерного времени_б - форма поверхности кавитационного пузырька на стадии захлопывания при т = 0,8; в - зависимость безразмерной скорости захлопывания от безразмерного времени: 1 - в = ±90°; 2 - 0°.
Стрелками показано направление движения радиальной струи жидкости.
Радиационные напряжения, возникающие в расплаве при формировании в нем волнового поля, интенсифицируют процесс смачивания расплавом поверхности твердого тела и УЗИ, а также способствуют диффузии расплава по границам зерен твердого тела.
Звуковое поле в металлизируемом образце. Из схемы УЗМ (рисунок 2), следует, что в металлизируемом образце не создать поле объемных упругих волн. Действительно, характерные размеры образца много меньше длины продольной упругой волны, которая, например, в керамике на частоте 20 кГц составляет 20-25см. В то же время, выбирая угол наклона УЗИ относительно поверхности образца, можно возбудить в нем поверхностную упругую волну. При этом для каждой пары расплав - образец существует оптимальный угол а ввода УЗК в расплав. Так, при УЗМ пьезокерамики системы цирконата -титаната свинца (ЦТС) сплавом Вуда расчетное значение а составляет 65°, что хорошо согласуется с экспериментом. Поверхностная упругая волна имеет продольнопоперечную поляризацию. Ее волновой вектор направлен вдоль поверхности образца. Однако в образец эта волна проникает с большим затуханием примерно на ее длину, которая в нашей модели составляет несколько мм. Возбуждение в образце упругих волн и связанные с ними колебательные деформации решетки металлизируемого образца способствуют интенсивной диффузии расплава вглубь образца, что в значительной степени определяет прочность адгезионной связи покрытия с образцом.
В [6] численным экспериментом показано, что перемещение жидкости по порам твердого тела можно интенсифицировать, возбуждая нелинейные изгибные волны по стенкам пор. При этом скорость среднего массо-переноса жидкости при нелинейности в волновых поперечных составляющих на несколько порядков превышает скорость среднего массопереноса при нелинейности в продольной составляющей. Колебания стенок также положительно влияют на эффект снижения трения жидкости о стенки.
Взаимодействие активированного УЗК расплава с поверхностями твердых тел различной физико-химической природы
Смачивание твердого тела металлическим расплавом. Исследование смачивания предварим обоснованием выбора материалов покрытия и подложки. В качестве металлизируемых твердых тел использовали титановый (ВТ-5) и алюминиевый (АМг6) сплавы, а также пьезокерамические материалы системы титаната бария (ТБ и ТБК-3), ниобата бария-свинца (НБС-1) и цирконата-титаната свинца (ЦТС-19, ЦТС-23 и ЦТБС-3). При этом исходили из того, что для обобщения результатов исследования и установления общих закономерностей взаимодействия нужно выбирать материалы различной физикохимической природы. Кроме того, выбор материалов определялся целевым назначением изготавливаемых из них устройств.
Специфика процесса УЗМ и его практическое применение предъявляют к материалу покрытия ряд требований: он должен быть коррозионноустойчивым, прочным, пластичным; не должен разрушаться под действием мощных УЗК; обладать высокой жидкотекучестью и пониженной температурой плавления. Акустические характеристики материала покрытия должны быть близки к акустическим характеристикам металлизируемых материалов. С учетом этих требований в качестве покрытия применили эвтектический сплав Бп-гп.
Исследовались системы металл - металл и пьезокерамика - металл.
Известно, что с самых общих позиций процесс образования соединений разнородных материалов включает две стадии:
1. На первой стадии происходит сближение фаз на расстояния, требуемые для межатомного взаимодействия, и их подготовка к взаимодействию.
2. На второй стадии происходит физикохимическое взаимодействие фаз.
В наших системах сближение фаз происходит при смачивании подложки расплавом. В анализе воздействия УЗК на межфазное равновесие в системе жидкость -твердое тело в качестве основных факторов рассматривались акустические течения и кавитация.
Эксперименты показали, что в отсутствии УЗК выбранные материалы не смачиваются сплавом Sn-Zn вплоть до температур термической устойчивости материалов (рисунок 7а). Так, в соединении ВТ5-1 - (Бп - гп) при 1000°С, а в соединении АМг6 - (Бп^п) при 600°С угол смачивания превышал 80°; в соединениях пьезокерамика
- (Бп-гп) при 1000°С угол смачивания превышал 120°. При возбуждении УЗК происходило смачивание излучателя расплавом и растекание капли расплава по подложке. Скоростной киносъемкой (рисунок 7б) установлено, что продолжительность смачивания составляет 0,02...0,03 с.
Рисунок. 7. Смачивание поверхности твердого тела металлическим расплавом, а - Смачивание в системах пьезокерамика - металл и металл - металл в отсутствии ультразвука; б - Кинокадры процесса смачивания поверхности пьезокерамики металлическим расплавом при УЗМ по схеме тонкого слоя, В левом верхнем углу кадров указано время от момента включения ультразвука.
Подготовка фаз к взаимодействию и физикохимическое взаимодействие фаз в соответствии с предложенным механизмом обусловлены кавитацией.
Приведенные выше результаты расчетов показали, что в условиях исследуемой схемы УЗМ будет возникать интенсивная эрозия поверхности твердого тела. При этом реализуемые в экспериментах зазоры инструмент-подложка, равные О.1...0,5 мм, оптимальны для создания развитого рельефа поверхности твердого тела. Примени-
тельно к рассмотренным твердым телам этот вывод получил экспериментальное подтверждение [4].
Исследование зоны контакта покрытие — подложка. Наиболее сложным элементом изучения природы соединения разнородных материалов является анализ процессов физико-химического взаимодействия фаз. Для этого физическими методами исследовалась зона контакта, образующаяся при УЗМ в соединениях металл-металл и пьезокерамика-металл. Аппаратурой для исследования служили оптические и электронные микроскопы, установки для локального рентгеноспектрального анализа, рентгеновские дифрактометры и ряд других приборов. Образцы для исследований готовили как по стандартным, так и по специально разработанным методикам. Анализировались шлифы и изломы соединений. Результаты исследований представлены в таблицах 3 и 4.
Таблица 3. Экспериментальное исследование зоны контакта в системе
металл - металл
Метод анализа Экспериментальные результаты
Оптическая и электронная микроскопия Протяженность переходной области в соединениях титановый сплав - покрытие при предварительной подготовке поверхности твердого тела составляет 15...20 мкм. В соединениях алюминиевый сплав - покрытие пере-
ходная область протяженностью 30.60 мкм образуется без предварительной подготовки поверхности твердого тела.
Локальный рентгеноспектральный анализ В переходной области соединений титановый сплав - покрытие установ-
лено увеличение концентрации а - Ті до 18% (по массе), а также Zn. Преимущественное проникновение Zn в переходную область обнаружено также при анализе соединений алюминиевый сплав - покрытие.
Фазовый рентгеноструктурный анализ В переходной области соединений титановый сплав - покрытие при
предварительной подготовке поверхности твердого тела обнаружены новые фазы, в частности, двойной окисел Zn2TiO4.
Таблица 4. Экспериментальное исследование зоны контакта ________________________в системе пьезокерамика - металл
Метод анализа Экспериментальные результаты
Оптическая и электронная микроскопия Переходная область обнаружена во всех соединениях системы. Наиболее развитой (протяженностью 20.25 мкм) она является в соединениях МТС - покпытие: наименее развитой - в соединениях НБС -покрытие. Для образования переходной области в соединениях системы не требуется предварительной подготовки поверхности твердого тела. Установлено диспергирование поверхности твердого тела под действием ультразвука.
Локальный рентгеноспектральный Анализ Во всех соединениях отмечено наличие в переходной области цинка, а также кремния, входящего в состав стеклофазы пьезокерамики.
Фазовый рентгеноструктурный анализ В переходной области соединений системы обнаружены новые фазы, в частности, двойной окисел гп2БЮ4 .
Радиоизотопный анализ Введением в состав покрытия радиоактивного изотопа Ип65 уточнена глубина проникновения Ип в пьезокерамику; показан межкри-сталлитный характер внедрения покрытия в подложку; исследована диффузия изотопа Ип65 в пьезокерамику.
Из табличных данных следует, что при УЗМ в соединениях систем формируется переходная область, характер и протяженность которой определяются воздействием ультразвука и физико-химической природой взаимодействующих материалов. Определяющими процессами на данном этапе являются донорно-акцепторное взаимодействие покрытия и подложки и диффузия покрытия по границам зерен твердого тела (рисунки 8 и 9).
І.иящси* I, и ЯП/сек
а б
Рисунок 8. Изменение активности ИгР5 с глубиной проникновения в моно- и поликристаллы. а - АІОз; б - СаС03.
Рисунок 9. Диффузия 7гР5 в пьезокерамические материалы, а - ТБ; б -ТБК-3
Заключительной стадией процесса является кристаллизация. Эффекты кристаллизации в совокупности с приведенными выше процессами позволяют рассматривать образующиеся соединения как результат сложной гетерогенной реакции, протекающей послойно и в различных направлениях. В предложенной нами модели адгезионного контакта (рисунок 10) в зоне 1 находится расплав, в котором отсутствуют компоненты подложки; в зоне 2 - промежуточном слое - имеется взвесь частиц, выбитых с поверхности подложки и появившихся в результате взаиморастворения расплава и подложки; зона 3
- слои подложки, не изменившиеся в процессе металлизации. Механизм кристаллизации рассматривался с позиций кинетической теории [4]. Обосновано использование для металлизации эвтектических сплавов и предложены кинетические уравнения кристаллизации для зоны 1, зоны
2 и границы раздела зон 2 и 3 [4].
і
Рисунок 10. Модель адгезионного контакта. 1 - расплав; 2 - переходная область; 3 - подложка.
Элементы технологии ультразвуковой металлизации.
Оборудование и технологические режимы УЗМ. Представленные теоретические и экспериментальные результаты послужили основой для разработки технологии УЗМ по схеме тонкого слоя.
Для реализации процесса нами разработано специализированное полуавтоматическое оборудование (рисунок 11). В процессе предварительных экспериментов были установлены основные технологические параметры, определяющие достижение высокой прочности создаваемых соединений покрытия с подложкой. К числу этих параметров относятся: амплитуда колебательного смещения, £, зазор между помещенным в расплав УЗИ и поверхностью металлизируемой детали, 5, скорость металлизации, V, угол наклона УЗИ к металлизируемой поверхности
а. Последующая отработка технологических режимов УЗМ проводилась с использованием метода математического планирования экспериментов. Функцией отклика служила адгезионная прочность соединений металл - металл и пьезокерамика - металл, определяемая по результатам механических испытаний по стандартным методикам.
Рисунок 11. Общий вид установки УЗУН-1. 1 - ультразвуковой генератор УЗГБ-1,6/22; 2 - подвижная акустическая система; 3 - станок для металлизации;4 - пульт управления и сигнализации.
Технологические режимы УЗМ представлены в таблице 5. Анализ табличных данных показывает, что наибольшая адгезионная прочность достигается в соединениях с развитой переходной областью. Видно также, что процесс УЗМ характеризуется высокой производительностью.
Таблица 5 Влияние технологических параметров на прочность соединений
Соединение Параметры ^ст, МПа
5, мкм У'103, м/с 5'103, м а°
ВТ5-1-|Бп-2п| 5,2 1,5 0,20 30 35 *
АМг-6-|8п-Еп| 5,65 1,5 0,15 40 87
ЦТС-23-|Бп-2п| 5,2 2,0 0,30 35 20
НБС-1-| Бп-Ип | 5,2 1,8 0,25 30 13
Примечание: * - поверхность подложки активирована
Применение УЗМ. Процесс УЗМ реализован для создания составных электроакустических преобразователей (ЭАП) (рисунок 12), в конструкциях которых одновременно используются соединения металл - металл и пьезокерамика - металл. Использование УЗМ позволило существенно повысить усталостную прочность ЭАП по сравнению с промышленной технологией склеивания (рисунок 13).
I
2
4
Рисунок 12. Составной стержневой пьезокерамический преобразователь
1
\\
з*
г ^ ( 7 Ї } и
Рис. 13. Семейство усталостных характеристик стержневых преобразователей при различной вероятности неразрушения В. 1 - В=0,9; 2 -В=0,95; 3 - В=0,99. а- соединение элементов преобразователей способом склеивания; б - соединение способом ультразвуковой металлизации
Для повышения производительности процесса УЗМ разработано устройство непрерывной подачи расплава в зону металлизации, создана технология УЗМ по схеме «штамповка» [7].
Весьма эффективным является применение УЗМ по схеме «тонкого слоя» для нанесения металлического покрытия на оксидно-цинковую керамику, используемую для создания одноименных варисторов [8, 9]. Для крупногабаритных оксидно-цинковых варисторов нового поколения на основе дисков большого (свыше 100 мм) диаметра разработана технология УЗМ сплавом с повышенной температурой плавления системы 2п-А1 [10].
Принципы, заложенные в УЗМ по схеме тонкого слоя, реализованы для соединения разнородных материалов способом ультразвукового склеивания (УЗСкл). Новая технология применена при сборке ЭАП сложной конфигурации. Результаты динамических испытаний ЭАП в слабом и сильном электрическом полях показали преимущества УЗСкл перед промышленной технологией [11].
Литература
1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М.. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.
2. Грачев Б.Е, Семенова Н.Г. Поле вязких волн. // Материалы выездной сессии Научного совета РАН, посвященной 100-летию И.Г. Михайлова», 24-25 мая 2007 г. Санкт-Петербург. СПб.: СПбГУ, 2007. С. 89.
3. Павловский А.С., Семенова Н.Г. Динамика формирования поля скоростей в вязкой несжимаемой жидкости вблизи малого осциллирующего тела в широком
диапазоне чисел Рейнольдса. // Науч. конф. «Сессия научного совета РАН по акустике и XXV сессия РАО». 1720 сентября 2012 г. Таганрог. Сб. трудов. Таганрог: «ГЕОС», 2012. Т. 1. С. 173-176.
4. Прохоренко П.П., Пугачев С.И.. Семенова Н.Г. Ультразвуковая металлизация материалов. Минск: Наука и техника, 1987. 271 с.
5. Красавина М.А., Кувшинов ГИ, Пугачев СИ, Семенова Н.Г. К выбору зазора инструмент - образец при ультразвуковой металлизации материалов // ФиХОМ. 1996. № 4. С. 100-107.
6. Бруй Е.А, Семенова Н.Г. Массоперенос вязкой сжимаемой жидкости в узкой трубе, вызванный нелинейными волнами на стенке. // Науч. конф. «Сессия научного совета РАН по акустике и XXV сессия РАО». 17-20 сентября 2012 г. Таганрог. Сб. трудов. Таганрог: «ГЕОС», 2012. Т. 1. С. 169-172.
7. Красавина М.А., Легуша Ф.Ф., Пугачев СИ. Оптимизация технологии ультразвуковой металлизации изделий из неметаллических материалов. / III-я Междунар. конф. по морским интеллектуальным технологиям "МО-РИНТЕХ-99». 17 - 19 сентября 1999 г. Санкт-Петербург. Сб. докладов. СПб.: СПбГМТУ, 1999. Т. 1. С. 238-241.
8. Красавина М.А., Пугачев СИ, Семенова Н.Г, Третьяков В.В. Ультразвуковая металлизация оксидноцинковой керамики. // XI сессия РАО. 19-23 ноября 2001 г. Москва. Сб. трудов. М.: «ГЕОС», 2001. Т. 2. С. 254-258.
9. Красавина М.А, Пугачев СИ. Анализ зоны контакта, образующейся при ультразвуковой металлизации оксидно-цинковой керамики. / 8-ая Российской науч.-техн. конф. по электромагнитной совместимости и электромагнитной безопасности. 15-16 декабря 2004 г. Санкт-Петербург. Сб. докл. СПб.: ВИТУ, 2004. С. 172-175.
10. Красавина М.А, Попов Н.М, Пугачев СИ. Ультразвуковая металлизация оксидно-цинковой керамики. // XVI сессия РАО. 14-18 ноября 2005 г. Москва. Сб. трудов. М.: «ГЕОС», 2005. Т. 2. С. 77-79.
