СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОГО ВАКУУМНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВВОДНОГО УЗЛА В ОБОЛОЧКЕ ПРИБОРА
METHOD FOR MANUFACTURING SEALED VACUUM ELECTRICAL INPUT UNIT IN DEVICE SHELL

Изобретение относится к области изготовления вакуумных электрических вводов и может быть использовано в электровакуумных приборах.
Известен способ изготовления герметичных металлокерамических узлов путем активной пайки в воздушной среде расфокусированным лазерным излучением, падающим на вращающийся металлокерамический узел. Керамическая деталь узла имеет паз, позволяющий производить пайку под флюсом, так как нагрев металлической детали производится через прозрачную для данной длины волны лазерного излучения стенку паза в керамической детали со скоростью 150 град/с. Патент РФ №2099312, МПК С04В 37/02, 20.12.1997. Недостатком данного технического решения является сложность обеспечения равномерного нагрева зоны спая, необходимость использования припоя и флюса, а также невозможность производить одновременно пайку нескольких изделий.
Известен способ изготовления вакуумного ввода, состоящего из электрического проводника (ввода), изолятора и втулки. Способ заключается в том, что соосно расположенные изолятор из неметаллизированной корундовой или форстеритовой керамики и электрический проводник (ввод), выполненный в виде цилиндрического тонкостенного контакта с глухим отверстием, соединяются с втулкой посредством активного медно-титанового припоя. Патент РФ № 2322718, МПК H01B 17/26, 20.08.2008. Недостатком данного способа является необходимость использования медно-титанового припоя для получения надежного паяного соединения.
Известен способ диффузионной сварки металла с керамикой, при котором соединяемые детали нагревают в вакууме до температуры сварки, сдавливают и после выдержки под давлением охлаждают, при этом детали предварительно сдавливают и выдерживают при температуре ниже температуры сварки усилием, обеспечивающим формирование полного физического контакта по всем соединяемым поверхностям. Патент РФ № 2000910, МПК B23K 20/14, 15.10.1993. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком данного способа является то, что керамические элементы сварены с элементами из сплава АМц и элементом из нержавеющей стали через алюминиевые прокладки только по торцевым поверхностям, что не позволяет осуществлять ввод сквозь одну керамическую оболочку нескольких материалов. Данный способ относится к способу создания оболочек методом диффузионной сварки и косвенно к созданию вакуумных вводов.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является совершенствование технологии изготовления, улучшение технических характеристик вакуумного электрического вводного узла в оболочке прибора и применение разных металлов с наружной и внутренней стороны вакуумной оболочки прибора путем применения технологии диффузионной сварки в вакууме.
Техническим результатом является увеличение прочности на отрыв ввода из алюминиевого сплава АМц через отверстие в оболочке прибора, выполненной из корундовой керамики ВК94-1, возможность использования контактов из разных металлов с противоположных сторон оболочки прибора.
-2
-7
Технический результат достигается тем, что все элементы вакуумного электрического вводного узла в оболочке прибора, выполненной из корундовой керамики ВК94-1, включающей размещение ввода из алюминиевого сплава АМц в отверстии упомянутой оболочки и установку на внутреннюю и наружную поверхность упомянутого ввода контактов, выполненных из разных металлов, и герметичное соединение ввода с контактами и с оболочкой посредством диффузионной сварки в вакууме с разряжением 10-10 мм рт.ст., отличающийся тем, что упомянутою сварку осуществляют одновременно со стороны внутреннего и наружного контактов при температуре 250-600°С в течение 1-30 минут, при этом сдавливание ввода с контактами осуществляется до касания контактами поверхности упомянутой оболочки, а давление при сварке определяют по зависимости:
, где
Ρ – давление сварки при температуре сварки t в диапазоне 250-600°С;
250
250
Ρ – давление сварки при температуре сварки 250°С, которое равно Р=145 МПа;
а
-3
=7,045×10.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен график экспериментальной зависимости давления от температуры сварки керамики ВК94-1 со сплавом АМц.
На фиг. 2 схематично представлен вакуумный электрический вводной узел до диффузионной сварки, где:
1 – оболочка прибора;
2 – ввод;
3, 4 – контакты.
-2
-7
Собранный электрический вводной узел в оболочке прибора 1, выполненной из корундовой керамики, состоящий из алюминиевого ввода 2 и контактов 3, 4, помещается в вакуумную камеру установки диффузионной сварки, после чего производится откачка вакуумной камеры до давления 10-10 мм рт.ст. Затем узел подвергается нагреву до температуры 250-600°С и воздействию давления в соответствии с ранее упомянутой зависимостью в течение 1-30 минут для обеспечения диффузионных процессов.
В отличие от прототипа, в котором ввод в вакуумную оболочку осуществляется непосредственно различными металлами с использованием прокладок из алюминиевого сплава и сварка осуществляется по торцевой поверхности, а тип материала внутри и снаружи является одним и тем же, в предложенном способе диффузионная сварка ввода осуществляется одновременно по цилиндрической и по торцевым поверхностям с разных сторон оболочки прибора.
При деформировании ввода в процессе диффузионной сварки и приваривании одновременно с двух сторон контактов из разных металлов получается прочное прецизионное соединение со стабильными геометрическими размерами, так как сдавливание алюминиевого ввода осуществляется до касания привариваемыми контактами 3 и 4 поверхности керамики.
Прочность на растяжение соединения, изготовленного принятым в качестве прототипа способом, составляет для разных материалов от 50 до 120 МПа. В предложенном способе в качестве ввода используется ввод из алюминия через отверстие в керамической оболочке. Прочность на растяжение такого соединения составляет более 150 МПа, что превышает усилие, которое можно получить при диффузионной сварке по плоской поверхности, так как определяется в основном механической прочностью материала самого ввода, в данном случае алюминия (и его сплавов), а вакуумная прочность обеспечивается увеличенной поверхностью, а именно по цилиндрической поверхности отверстия и плоских поверхностей с передней и задней стороны оболочки прибора. Этим же обеспечивается герметичность полученного соединения.
Температура и время сварки определяется герметизирующим элементом (вводом), выполненным из алюминиевого сплава, а также требованиями, предъявляемыми к изделию, в котором используется герметичный вакуумный ввод. Необходимое давление зависит от температуры сварки и выбирается из графика экспериментальной зависимости давления от температуры сварки керамики ВК94-1 со сплавом АМц, представленного на фиг. 1, и определяется зависимостью:
, где
Ρ – давление сварки при температуре сварки t в диапазоне 250-600°С;
250
250
Ρ – давление сварки при температуре сварки 250°С, которое равно Р=145 МПа;
а
-3
=7,045×10.
Таким образом, упрощается технология изготовления вакуумного электрического вводного узла в оболочке прибора.
Также диффузионная сварка обладает рядом важных преимуществ по сравнению с известными способами сварки и пайки, из которых наиболее важными являются высокое качество получаемых сварных соединений, надежность и воспроизводимость процесса.
Пример осуществления способа.
-6
Металлокерамические узлы, в которых оболочка прибора выполнена из керамики ВК94-1, ввод – из сплава АМц, контакт 3 – из сплава 29НК, контакт 4 – из сплава ВТ1-0. Сварка проводилась при температуре 300°С, давление сварки 102 МПа, время выдержки 15 мин, вакуум 10 мм рт.ст.
В процессе сварки может осуществляться изготовление с высокой точностью одновременно несколько прецизионных вакуумных вводных узлов в одной оболочке прибора.