Металлокерамический гермоввод

Полезная модель относится к области изготовления электроизоляционных изделий, в частности к паяным металлокерамическим гермовводам, используемым в конструкциях приборов широкого спектра назначения.
В настоящее время для изготовления герметичных гермовводов достаточно часто применяют высокотемпературную пайку. При этом для изоляции электрического ввода от металлического корпуса традиционно используют керамическую вставку, обладающую высоким электрическим сопротивлением. Однако, как показала практика, в процессе пайки при формировании паяного шва неизбежно образуются галтели, которые могут снижать расчетное расстояние между металлическим корпусом и электрическим вводом, необходимое для обеспечения изоляционных свойств изделия. Поэтому для изготовления изделий с высоким комплексом эксплуатационных характеристик весьма важно обеспечить заданные геометрические размеры паяного соединения. Выход галтельного участка за пределы конструктивных элементов гермоввода приводит к уменьшению расстояния между металлическим корпусом и электрическим вводом, и снижает электрическую прочность конструкции.
Известен гермоввод, состоящий из соединенных припоем электрического токоввода и охватывающей его втулки, между которыми размещен изолятор. Токоввод и втулка изготовлены из сплава 29НК.
Токоввод выполнен в виде цилиндрического тонкостенного контакта с глухим отверстием, он обладает податливостью и возможностью деформироваться при выполнении спая, что обеспечивает уменьшение напряжений, вызванных различием в температурных коэффициентах линейного расширения материалов токоввода и изолятора, предотвращая растрескивание последнего. Зазор между изолятором и токовводом, изолятором и втулкой, обеспечивает капиллярное течение припоя и позволяет добиться высокой герметичности соединения.
Изолятор гермоввода выполнен из неметаллизированной корундовой (ВК94-1) или форстеритовой (ВФ 52.42-1) керамики, которая совместно с активным медно-титановым припоем обеспечивает высокое смачивание керамики, позволяет добиться надежного паяного соединения и исключить технологические операции по металлизации керамического изолятора, что, в итоге, ведет к упрощению технологического процесса изготовления гермоввода и уменьшению его себестоимости (патент РФ № 2322718, МПК Н01В 17/26, 2008 г.).
В результате анализа конструкции известного гермоввода было установлено, что в процессе пайки при формировании шва между корпусом и керамическим изолятором, на поверхности изолятора образуются галтели, которые снижают расчетное расстояние между металлической втулкой и электрическим вводом, что может приводить к снижению электрической прочности конструкции.
Известен гермоввод, состоящий из корпуса, в котором установлено не менее одного неметаллизированного изолятора, внутри изолятора размещен один или несколько токовводов, при этом между каждым токовводом и каждым изолятором, каждым изолятором и наружным корпусом образованы зазоры, заполняемые путем капиллярного течения активного медно-титанового припоя, посредством которого соединены все элементы гермоввода, при этом токоввод выполнен в виде полой трубки с размещенным и герметично соединенным с ней центральным контактом, а с противоположной стороны поступления припоя в наружном корпусе и изоляторе выполнены кольцевые проточки, диаметр которых больше внутренних диаметров наружного корпуса и изолятора, выполненных из материалов, температурные коэффициенты линейного расширения которых близки к температурному коэффициенту линейного расширения припоя (патент РФ № 2538093, МПК Н01В 17/26, 2015 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа конструкции гермоввода установлено, что она характеризуется высокой степенью герметичности, однако в процессе пайки при формировании шва образуются галтели, которые изменяют расчетное расстояние между металлическим корпусом и электрическим вводом, что может приводить к снижению электрической прочности конструкции.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в разработке конструкции гермоввода, обеспечивающей заданную электрическую прочность путем обеспечения требуемого расстояния между металлическим корпусом и электрическим вводом за счет создания оптимальных условий формирования галтельного участка при пайке изделия.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в металлокерамическом гермовводе, содержащем выполненный из металла корпус с каналом для электрического ввода, в корпусе размещен изолятор, выполненный из керамического материала с электрическим вводом, пропущенным через канал корпуса, новым является то, что по кромке канала корпуса со стороны изолятора выполнена проточка, предназначенная для размещения припоя, проточка имеет прямоугольный профиль, а размеры проточки соответствуют соотношению b>1,5h,
где b - ширина проточки;
h - высота проточки.
Указанные параметры проточки корпуса обеспечивают формирование галтели паяного шва только в объеме проточки. При несоблюдении этого условия, в процессе пайки объема припоя может оказаться достаточным для выхода галтельного участка за пределы геометрических размеров металлического корпуса по поверхности керамического изолятора.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен металлокерамический гермоввод в разрезе.
Металлокерамический гермоввод состоит из корпуса 1, выполненного из металла, например, ковара 29НК. В корпусе имеется канал 2 для размещения электрического ввода 3. Электрический ввод 3 установлен в изоляторе 4, размещенном в кармане (позицией не обозначен) корпуса 1. Изолятор 4 выполнен из керамического материала, например, из корундовой керамики ВК94-1.
В зоне канала 2 со стороны изолятора 4 в корпусе 1 выполнена проточка 5 прямоугольного профиля, предназначенная для размещения в ней припоя 6.
Весьма существенно для достижения указанного технического результата, что ширина b канавки более чем в полтора раза больше ее высоты h, то есть, b>1,5 h.
Как показала практика, при несоблюдении этого условия, в процессе пайки, припой, полностью заполнив объем проточки 5, может своим галтельным участком частично выйти за пределы канавки и изменить размер «В», определяющий расстояние от электрического ввода 3 до кромки отверстия корпуса 1, через которое он пропущен. В результате возможно снижение электрической прочности гермовода, что не позволит обеспечить получение конструкции с заданными свойствами.
Заявленный металлокерамический гермоввод изготавливают следующим образом.
Припой 6, выполненный в виде проволоки, укладывают в проточку 5 корпуса 1.
В кармане корпуса 1 размещают изолятор 4 с установленным в нем электрическим вводом 3, при этом электрический ввод 3 проходит через канал 2 корпуса 1.
По контуру соединения корпуса и изолятора укладывают припой А. Гермоввод собран.
Собранный гермоввод помещают в вакуумную печь, нагревают до температуры плавления припоя 6 и А, расплав припоя формирует галтель по двум паяемым поверхностям, что необходимо для получения качественного паяного соединения, и обеспечивая при этом требуемое расстояние В между стенкой канала 2 корпуса 1 и электрическим вводом 3.
Пример.
Изготавливалась партия из 5-ти гермовводов. Корпус гермовводов изготавливался из сплава 29НК, изолятор - из керамики ВК-94, электрический ввод - из меди марки М0.
-2
-3
В корпусе из сплава 29НК изготавливалась прямоугольная проточка высотой 0,8 мм и шириной 1,5 мм. В канавку укладывался припой ПСр72 в виде проволоки диаметром 0,8 мм, после чего в корпус устанавливался керамический изолятор с установленным электрическим вводом. Собранный гермоввод помещали в оснастку, и собранный пакет устанавливался на рабочий стол вакуумной печи типа СГВ-2. Пайка осуществлялась в вакууме при остаточном давлении в камере 10-10 Па при температуре 850°С в течение 3 мин.
После пайки проводились испытания паяных гермовводов на изоляционные свойства. Результаты испытаний показали, что все изделия соответствуют предъявляемым требованиям.
Таким образом, заявленное устройство позволяет обеспечить требуемые электроизоляционные свойства паяной конструкции.