Введение к работе
Актуальность работы. Конструкционная керамика на основе интрига кремния находит все большее применение в дви-гателестроении и пругюс областях техники вместо металличес ских петалеи и узлов. Поэтику разработка технологии новых керамических материалов на основе нитрида кремния,также как получение прочных неразъемных соепинений такой кера-гчки с металлами, способных выдерживать одновременно вв~ сокие термические и механические нагрузки в различных-газовых средах, является актуальной задачей.
При необходимости соединять металлы с керамикой по плоским поверхностям наиболее перспективным является метод диффузионной сварки. Однако,применительно к нитрид-кремниевой керамике зтот метод изучен недостаточно глубоко и в литературе носит главный образом патентный характер. Поэтому представляет научный и практический интерес разработка технологии металдокерамических узлов на основе нитрида кремния методом диффузионной сварки и изучение закономерностей физико-химического взаимодействия на границе контакта керамика - металл.
Соединение деталей сложной формы требует модификации поверхности нитриякремниевой керамики различными способами и последующей пайки тверяыми припоями с металлами.
Из литературы известен целый ряя методо» формирования покрытий на поверхности нитридхремниевой керамики: использование металлязапионных паст, образование ыеталлокерами-ческих слоев на керамике напрессовыванием, метода, связанные с химическим и физическим осажпвнием ьа паров, газоплазменное напыление. Вместе - тем,практически нет информации о технологии металлязапионных покрытий на нитриде кремнир с примеркнем стекдометалллческих коыюэи-чй.
Работа выполнялась в соответствии с кооряянационнык планом АН СССР на 1966-1990 г.г. по направяенго (2.23) "Физико-химические основы получения нових ааростойкях неорганических материалов* раэ«ел (2.23.3.2).
Цель работы и задачи исследования. Целью настоящей работы является получение плотной керамики на основе кит-рнпа кремния методом спекания и горячего прессования с использованием в качестве активирующих добавок NdgOg и отходов производства алгмооксапной керамики (БК-94-І), а.также разработка технологии неразъемных соединений нитридкремни-евой керамики с ковароы (29НК) методой металлизации стек-лометаллическими композициями с послепующей пайкой тверпьп,; припоем и диффузионной сваркой в вакуума.
Для достижения указанной цели решались,следующие задачи:
-
Разработка технологии плотноепечемной нитридкрезл-ниевой керамики.
-
Изучение взаимодействия в системе нитрит креигаш-океид металла при спекании керамики.
-
Выбор стекол из анализа стеклообразующих систем -^2-^-^^2 ^где ^s -WiiSit»,Ей ) в качестве адгезионных добавок стеклометаллических композиций и разработка технологии сгеклоыеталлическах покрытий на ннтрипкремние-вой керамике и пайка ее с коваром твердым припоеи.
-
Изучение процессов формирования переходкой зош в системе нитридкремниевая керамика - стеклометалдкческое покрытие - припой - ксвар.
-
Отработка режимов диффузионной сварки нитркдкреи-шевой керамики со сплавом ковар (29НК) и изучение процессов физико-химического взаимодействия на границе керашка-шгалл. ' _
Научная новизна работы. Показано, что в нитриякреынп-евой керамике в зависимости от химического состаоа после термической обработки в вакууме и азоте при I000-I40QC происходят структурные изменения, влияющие на физико-химические процесси и технологий нераз-ьеыных соединений керамики с металлами методом диффузионной сварки.
Установлено, что п зависимости от химического состава и структуры нитриднрвмниевой керамики при диффузионной
сварке в вакууме с коваром образуется переходная зона за счет пиф$узии кремния в ксвар, обуславливающая прочность иеталлокерамического узда.
Изучено взаимодействие нитритткремниевой керамики с келезом при термической обработке <І200-І400С) в вакууме и атмосфере азота и показано, что оно характеризуется как диффузионными процессами,так и химическим взаимопействием с образованием силицидов железа.
Установлено образование тугоплавких кристаллических фаз NdSiQJi и M^SijO, при спекании нитрица кремния с активирующими добавками AI2O3"" ^01 ЦемеятІіРУюЧих зерна шгтрида хремниг и обуславливающих повышенный уровень механической прочности при изгибе полученной керамики.
Практические результаты работы. Предложены технологии:
-
Плотной керамики на основе нитрида кремния с повышенным уровнем механической прочности при изгибе;
-
Металлизации стекловольтргмоЕыия композициями шт~ рн^крсмниевои керамики с последующей пайкой твердым припоем с коваром;
-
Стеклоковаровых покрытий,прочносцепленных -с поверхностью реакционноспеченного нитрида кремния, тёрдоме-ханически прочных и стойких к окислению при температурах до 800С; ;
-
Неразъемных соединении нитрат».кремния - козар с высоким уровнем механической прочности методом диффузной-; ной сварки в вакууме.
Рвадизация результатов работы. Прэплозенные техноло-гші нитридкремниевои керамики и неразгешл соединении нитрид кремния - металл опробованы в ДНИШ& при создании ме-таллояеранячесюпе узлов. Испытания показаяя,пто узлы выдерживают повышенные терномеханячеенгэ нагрузка в режиме . 20-800-20С на воздухе без разрушения.
Публикации. По результатам работы опубликовано 3 статьи я получено 2 полозятальных решения по заявкам на аа«
- б -
торские свипетельства. Материалы диссертационной работы доложены на П Всесоюзном совещании по проблемам соединения конструкционных материалов (Киев, 1939), Ш Всесоюзном совещании по проблемам соединения конструкционных материалов (Николаев, 1990), Всесоюзной конференции "Применение мессбауэровской спектроскопии в материаловедении'' (Ижевск, 1989), ХШ Всесоюзной конференции "Достижения и перспективы развития диффузионной сварки" (Москва, 1991).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав,общих выводов, изложена на 152 страница-: машинописного текста, содержит 16 таблиц, 29 рисунков. Список использованных источников включает 146 наименований.
