(1) Характеристики на запояване: проблемите, свързани с графитното и диамантено-поликристалното запояване, са много сходни с тези, срещани при керамичното запояване. В сравнение с метала, спойката е трудна за омокряне на графитните и диамантено-поликристалните материали, а коефициентът ѝ на термично разширение е много различен от този на общите структурни материали. И двата материала се нагряват директно във въздуха и окисляването или карбонизацията настъпват, когато температурата надвиши 400 ℃. Следователно, трябва да се използва вакуумно запояване, като степента на вакуум не трябва да бъде по-малка от 10-1 Pa. Тъй като якостта и на двата материала не е висока, ако има термично напрежение по време на запояване, могат да се появят пукнатини. Опитайте се да изберете спояващ метал с нисък коефициент на термично разширение и стриктно контролирайте скоростта на охлаждане. Тъй като повърхността на такива материали не се омокря лесно от обикновени спояващи метали, върху повърхността на графитни и диамантени поликристални материали може да се нанесе слой от W, Mo и други елементи с дебелина 2,5 ~ 12,5 μm чрез модификация на повърхността (вакуумно покритие, йонно разпрашване, плазмено пръскане и други методи) преди запояване, за да се образуват съответните карбиди, или могат да се използват високоактивни спояващи метали.
Графитът и диамантът се предлагат в много видове, които се различават по размер на частиците, плътност, чистота и други аспекти, и имат различни характеристики на запояване. Освен това, ако температурата на поликристалните диамантени материали надвиши 1000 ℃, коефициентът на износване на поликристалните материали започва да намалява и коефициентът на износване намалява с повече от 50%, когато температурата надвиши 1200 ℃. Следователно, при вакуумно запояване на диаманти, температурата на запояване трябва да се контролира под 1200 ℃, а степента на вакуум не трябва да бъде по-малка от 5 × 10⁻²Pa.
(2) Изборът на спояващ метал се основава главно на употребата и обработката на повърхността. Когато се използва като топлоустойчив материал, трябва да се избере спояващ метал с висока температура на спояване и добра топлоустойчивост; За материали, устойчиви на химическа корозия, се избират спояващи метали с ниска температура на спояване и добра устойчивост на корозия. За графит след обработка на повърхността с метализация може да се използва чиста медна спойка с висока пластичност и добра устойчивост на корозия. Активната спойка на основата на сребро и мед има добра омокряемост и течливост спрямо графита и диаманта, но работната температура на споената спойка трудно надвишава 400 ℃. За графитни компоненти и диамантени инструменти, използвани между 400 ℃ и 800 ℃, обикновено се използват спояващи метали на основата на злато, паладий, манган или титан. За съединения, използвани между 800 ℃ и 1000 ℃, трябва да се използват спояващи метали на основата на никел или свредла. Когато графитните компоненти се използват над 1000 ℃, могат да се използват чисти метални пълнители (Ni, PD, Ti) или легирани метални пълнители, съдържащи молибден, Mo, Ta и други елементи, които могат да образуват карбиди с въглерода.
За графит или диамант без повърхностна обработка, активните пълнители от таблица 16 могат да се използват за директно запояване. Повечето от тези пълнители са бинарни или трикомпонентни сплави на основата на титан. Чистият титан реагира силно с графита, който може да образува много дебел карбидния слой, а коефициентът му на линейно разширение е доста различен от този на графита, който лесно се напуква, така че не може да се използва като спойка. Добавянето на Cr и Ni към Ti може да намали точката на топене и да подобри омокряемостта с керамика. Ti е трикомпонентна сплав, съставена главно от Ti, Zr, с добавяне на TA, Nb и други елементи. Тя има нисък коефициент на линейно разширение, което може да намали напрежението при запояване. Трикомпонентната сплав, съставена главно от Ti и Cu, е подходяща за запояване на графит и стомана, а съединението има висока устойчивост на корозия.
Таблица 16 спояващи добавъчни метали за директно запояване на графит и диамант
(3) Процес на запояване. Методите за запояване на графит могат да бъдат разделени на две категории: едната е запояване след метализация на повърхността, а другата е запояване без обработка на повърхността. Независимо от използвания метод, заваръчният елемент трябва да бъде предварително обработен преди сглобяване, а повърхностните замърсители от графитните материали трябва да се избършат с алкохол или ацетон. В случай на спояване с метализация на повърхността, върху графитната повърхност чрез плазмено пръскане се нанася слой от Ni, Cu или слой от Ti, Zr или молибденов дисилицид, след което за запояване се използва пълнител на медна основа или пълнител на сребро. Директното запояване с активен припой е най-широко използваният метод в момента. Температурата на запояване може да се избере в съответствие с припоя, посочен в таблица 16. Припоят може да се затегне в средата на споената връзка или близо до единия край. При запояване с метал с голям коефициент на термично разширение, като междинен буферен слой може да се използва Mo или Ti с определена дебелина. Преходният слой може да предизвика пластична деформация по време на нагряване при запояване, да абсорбира термично напрежение и да предотврати напукване на графита. Например, Mo се използва като преходна връзка за вакуумно запояване на графитни и хастелойнови компоненти. Използва се припой B-pd60ni35cr5 с добра устойчивост на корозия от разтопени соли и радиация. Температурата на запояване е 1260 ℃ и се поддържа в продължение на 10 минути.
Естественият диамант може да се запоява директно с b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 и други активни припои. Запояването трябва да се извършва под вакуум или с ниска аргонова защита. Температурата на запояване не трябва да надвишава 850 ℃ и трябва да се избере по-бърза скорост на нагряване. Времето за задържане при температурата на запояване не трябва да бъде твърде дълго (обикновено около 10 s), за да се избегне образуването на непрекъснат титанов слой на границата. При запояване на диамант и легирана стомана трябва да се добави пластмасов междинен слой или слой от сплав с ниско разширение за преход, за да се предотврати повреда на диамантените зърна, причинена от прекомерно термично напрежение. Струговият инструмент или разпробивачът за ултрапрецизна обработка се произвежда чрез процес на запояване, при който 20 ~ 100 mg малки частици диамант се запояват върху стоманеното тяло, а якостта на спояването достига 200 ~ 250 mpa.
Поликристалният диамант може да се запоява чрез пламък, висока честота или вакуум. За рязане на метал или камък с диамантени циркулярни дискове трябва да се използва високочестотно запояване или пламъчно запояване. Трябва да се избере активен спояващ метал Ag-Cu-Ti с ниска точка на топене. Температурата на запояване трябва да се контролира под 850 ℃, времето за нагряване не трябва да бъде твърде дълго и трябва да се използва бавна скорост на охлаждане. Поликристалните диамантени свредла, използвани в нефтени и геоложки сондажи, имат лоши работни условия и понасят големи ударни натоварвания. Може да се избере спояващ метал на основата на никел, а чисто медно фолио може да се използва като междинен слой за вакуумно запояване. Например, 350 ~ 400 капсули Ф 4,5 ~ 4,5 мм колонен поликристален диамант се запоява в перфорациите на стомана 35CrMo или 40CrNiMo, за да се образуват режещи зъби. Използва се вакуумно запояване, като степента на вакуум е не по-малка от 5 × 10⁻²Pa, температурата на запояване е 1020 ± 5 ℃, времето на задържане е 20 ± 2 минути, а якостта на срязване на спояващото съединение е по-голяма от 200 mpa.
По време на запояване, собственото тегло на заварената конструкция трябва да се използва за сглобяване и позициониране максимално, за да се накара металната част да притисне графита или поликристалния материал в горната си част. Когато се използва приспособление за позициониране, материалът на приспособлението трябва да бъде материал с коефициент на термично разширение, подобен на този на заварената конструкция.
Време на публикуване: 13 юни 2022 г.