Разработка технологии лазерной пайки металлокерамического соединения ИПН 200
Диссертация
Доказана принципиальная возможность создания МКУ на основе оптически прозрачных керамических материалов по технологии лазерной активной пайки. Определен диапазон плотностей энергий 0,35-Ю6 — 5,7−106 Дж/м2 позволяющих получить МКС. Получены плоские металлокерамические соединения на основе прозрачной керамики (поликор) с оловянно свинцовой пластиной, механическая прочность которых при испытании… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ФИЗИКО — ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПАЙКИ МЕТАЛЛА С КЕРАМИКОЙ
- 1. 1. Состав, структура и свойства применяемых керамических материалов
- 1. 1. 1. Физические свойства керамических материалов
- 1. 2. Характеристики металлов, используемых для МКС
- 1. 3. Физико-химические аспекты соединения керамики и стекла с металлами
- 1. 4. Способы соединения металлов с керамикой
- 1. 4. 1. Технологии получения соединения с использованием предварительной металлизации керамики
- 1. 4. 2. Пайка с помощью активных металлов
- 1. 4. 3. Диффузионная сварка (сварка давлением)
- 1. 4. 4. Электронно-лучевая сварка и пайка
- 1. 5. Лазерная сварка и пайка металлокерамических соединений
- 1. 5. 1. Кабельные проходки (гермовводы) для атомной энергетики
- 1. 5. 2. Лазерная пайка и сварка гермовводов
- 1. 5. 3. Лазерная пайка металлокерамических соединений через прозрачную керамику
- 1. 1. Состав, структура и свойства применяемых керамических материалов
- 2. 1. Основные характеристики используемых материалов
- 2. 1. 1. Применяемые алюмооксидные керамики
- 2. 1. 2. Оценка прозрачности керамик
- 2. 1. 3. Применяемые металлы, сплавы и припои
- 2. 2. Применяемая технология лазерной активной пайки
- 2. 3. Нанесение покрытий (металлизации керамики титаном и медью)
- 2. 3. 1. Оборудование для нанесения металлических покрытий
- 2. 3. 2. Методика нанесения покрытий
- 2. 4. Гальваническая установка для нанесения меди
- 2. 5. Лазерная технологическая установка и методика эксперимента
- 2. 5. 1. Технологическая оснастка
- 2. 6. Аппаратура и методы измерения вакуумной плотности, спаянных металлокерамических изоляторов
- 2. 7. Механическая прочность металлокерамических изоляторов
- 2. 8. Методика скоростной тепловизионной съемки
- 2. 9. Экспериментальное измерение температуры металлокерамического соединения в зоне лазерного нагрева
- 2. 10. Аппаратура и методы исследования структуры и свойств переходной зоны металлокерамического соединения
- 3. 1. Математическая модель, описывающая нагрев плоского металлокерамического соединения
- 3. 2. Технологическая модель лазерной пайки цилиндрического соединения
- 3. 3. Результаты численного моделирования
- 3. 4. Нагрев и пайка МКС импульсным излучением
- 3. 5. Определение порога разрушения металлизированных керамических материалов под действием лазерного излучений
- 4. 1. Технологические особенности получения соединений металла с керамикой методом лазерной пайки
- 4. 2. Планирование многофакторного эксперимента
- 4. 3. Выбор факторов, уровни варьирования
- 4. 4. Обработка экспериментальных данных
- 5. 1. Исследование механической прочности связи металла с керамикой
- 5. 2. Микроструктурное исследование переходной зоны МКУ
- 5. 3. Микроструктурное исследование переходной зоны МКУ на 3-х мерном анализаторе структуры поверхности
- 5. 4. Технология лазерной пайки прозрачной керамики с металлом
Список литературы
- Химическая энциклопедия. В 5 т. М.: Советская энциклопедия, 1988.
- Григорьянц А.Г., Соколов А. А. Лазерная обработка неметаллических материалов М.: Высшая школа, 1988. — 192 с.
- Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки. —М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 664 с.
- Третьяков Ю. Д. Керамика в прошлом, настоящем и будущем.//Соросовский образовательный журнал. 1998. № 6. С.53−59.
- Стрелов К.К. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. М.: Металлургия, 1985.-480с.
- Гегузин Я.Е. Физика спекания.- М.: Наука, 1984. 311 с.
- Чеботин В.Н. Физическая химия твердого тела М.: Химия, 1982.- 320 с.
- Кингери У.Д. Введение в керамику. М.: Стройиздат, 1967.- 499 с.
- Масленникова Г. И., Мамаладзе Р. А., Мидзута С., Коумото К. Керамические материалы М.: Стройиздат, 1991.- 320 с.
- Эванс А., Лэнгдон Т. Конструкционная керамика -М.: Стройиздат, 1980. -256 с.
- Шевченко В.Я., Баринов С. М. Техническая керамика -М.: Наука, 1993. -187 с.
- Скороход В.В., Солонин Ю. М., Уварова И. В. Химические, диффузионные и реологические процессы в технологии порошковых материалов. Киев: Наукова думка, 1990.-248с.
- Радомысельский И.Д., Сердюк Г.Г, Щербань Н. И. Конструкционные порошковые материалы. Киев: Техника, 1985.-152с.
- Попильский Р.Я., Пивинский Ю. Е. Прессование порошковых керамических масс. М.: Металлургия, 1983.-176с.
- Окадзаки К. Технология керамических диэлектриков. —М.:Энергия, 1976.-С. 172−189.
- Третьяков Ю.Д. Твердофазные реакции. -М.: Химия, 1978. 360 с.
- Вест А. Химия твердого тела. М.: Мир, 1988. -Т. 1,2
- Стрелов К.К. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. М.: Металлургия, 1985. -480 с.
- Порошковая металлургия, спечённые и композиционные материалы. -М.-.Металлургия, 1983, — 520 с.
- Третьяков Ю.Д. Керамика — материал будущего.- М: Знание, 1987.48 с.
- Третьяков Ю. Д, Лепис X. Химия и технология твердофазных материалов. -М: Изд-во МГУ, 1985.-256 с.
- Schmalzried Н. Chemical Kinetics of Solids.-Weinheim: VCH, 1995.-700 P
- Ерошев В.К., Козлов Ю. А., Павлова В. Д. Конструирование и технология изготовления паяных металлокерамических узлов. Ч. 1.-М., 1988.
- Виноградов Б.А., Костюков Н. С., Харичева Д. Л. Герметичные металлокерамические соединения. М.: Наука, 2004. 178 с.
- Виноградов Б.А., Юсупов З. Ф. Особенности способов армирования алюмооксидной керамики металлом.- Благовещенск: АмГУ, 1991. -106 с.
- Швайка Д.С. Теплофизические процессы при лазерной пайке керамики с металлом: Автореф. дис. канд. техн наук. -Благовещенск, 2002. -16с.
- Олемской А.И. Синергетика конденсированной среды, 2003, 336 с.
- Горохова М.А. Powder diffraction file, ICPDS-international centre for diffraction//Data. USA, 1989. Card 26−1422
- Масленникова Г. И., Мамаладзе P.А., Мидзута С., Коумото К. М.
- Керамические материалы. —М.: Стройиздат, 1991. -320 с.
- Конструкционные материалы. Под ред. А. Т. Туманова.- М., 1965. -Т. 14.
- Bondley R.J. Electronics. 1947. -V. 20. № 7. -P. 97−99
- Фетисов Г. П. Сварка и пайка керамики и стекла с металлами в производстве ДА. -М, 1992. 69 с.
- Юсупов З.Ф. Применение лазера на алюмоиттриевом гранате в технологических процессах обработки конструкционной керамики: Дисс. на соиск. ученой степени к.т.н. -Благовещенск, 1993. 249 с.
- Abraham Е., Halley J.M. Some calculations of temperature profiles in thin films with laser heating //Appl. Phys. -1987. -V. 42. -P. 279−285.
- Преснов В.А., Новодворский Ю. Б., Якубеня М. П. Основы техники и физики спая. -Томск, 1961. 280 с.
- Коганицкая Е.В. Спаи керамики с активными металлами // Электроника. -1959. № 4.- С. 35−39
- Маквилен А.Д., Маквилен М. К. Титан. Пер. с англ. -М., 1958
- Корнилов И.И., Будерг П. Б. Диаграммы состояния двойных и тройных систем титана М., 1961.
- Миленышева Л.И. Взаимодействие марганцево-титановой добавки в металлизационной пасте с высокоглиноземистой керамикой // Электрон, техника. Сер. 14. -1967. Вып. 5. -С. 61−65
- Виноградов Б.А., Харичева Д. Л. Перспективы использования лазерного излучения для получения металлокерамических соединений //Вестник Амурского государственного университета. Благовещенск. -1999. № 6. -С. 20—23.
- Belon L., Forestier Н. Etude de systeme A1203 ТЮ2 // С. г. Fcad. sci. 1964. -V. 258. № 17.- P. 4282—4284
- Харичева Д.Л., Виноградов Б. А., Костиков Ю. П. Влияние способа металлизации поверхности керамики на структуру переходной зоныметаллокерамического соединеия. //Проблемы машиностроения и надежности машин 1998. № 2.- С. 77−80.
- Балкевич В. JI. Техническая керамика. М.: Стройиздат, 1984. 256с.
- Харичева Д.Л. Физические основы и практическое применение лазерной пайки металла с керамикой. Автореферат дисс. На соискание ученой степени доктора технических наук.- Благовещенск. 2006. -33 с.
- Иванов И.А. Разработка и исследование способа разделения прозрачных хрупких диэлектрических материалов излучением лазера на парах меди. Автореферат дисс. На соискание ученой степени доктора технических наук.- М. 2006. -16 с.
- Гегузин Я.Е. Физика спекания. -М.:Наука, 1984. 311с.
- Муминов В.А., Сударев Ю. С. Коаксиальный ускоритель электронов для облучения изоляции проводов // Изв. АН УзССР. Сер. физ.-мат. наук., 1968. № 4.- С. 50−52.
- Нурматов X. Разработка технологии изготовления радиационно-стойких гермовводов с применением электронного ускорителя: Автореф. дис.. канд. техн. наук. -Ташкент, 1986.
- Ольшанский Н.А. и др. Электронно-лучевая сварка керамики на основе окиси алюминия с металлами // Труды МВТУ им. Н. Э. Баумана. -1968. № 132. С. -73−79.
- Ольшанский Н.А. и др. Электронно-лучевая сварка керамики на основе окиси алюминия с металлами// Электрон, техника. Сер. 14. Материалы. -1968. Вып. 7. -С. 82−91.
- Ольшанский Н.А. и др. Электронно-лучевая сварка керамики // Доклады научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 1966—1967 гг. Секция «Энергомашиностроение». Подсек. «Технология металлов»: Сборник.1. М., 1967.-С. 29−43.
- Ольшанский Н.А. и др. Электронно-лучевая сварка электродов из карбидов с нержавеющей сталью // Материалы для канала МГД генератора. Сборник,-М., 1969. -С. 193−199.
- Костюков Н.С., Минаков Н. В. и др. Герметичные изоляторы для атомной энергетики. -Благовещенск: АмурКНИИ ДВО АН СССР, 1990. -288 с.
- Смирнов С.В. Технология изготовления керамических изделий с использо-ванием лазерного излучения: Автореф. дис.. канд. тахн. наук. -Свердловск, 1986.
- Петраченко, Ю. А. Теплофизические процессы при лазерной пайке прозрачных диэлектриков с металлом: автореф. дисс.канд. техн. наук.-Благовещенск, 2007. -21 с.
- Рыкалин Н.Н., Углов А. А., Анищенко J1.M. Высокотемпературные технологические процессы: теплофизические основы. -М.: Наука, 1985. -171 с.
- Рыкалин Н.Н., Углов А. А., Зуев И. В., Кокора А. Н. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов. -М.: Машиностроение, 1985. -496 с.
- Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. -М.: Машгиз, 1951. -296 с.
- Вейко В.П. Лазерная обработка пленочных элементов. -Л. Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986.- 248 с.
- Вейко В.П., Либенсон М. Н. Лазерная обработка. -Л.: Лениздат, 1973.190 с.
- Виноградов Б.А., Гавриленко В. Н., Либенсон М. Н. Теоретические основы воздействия лазерного излучения на материалы. Благовещенск: БПИ, 1993. -345 с.
- Соколов А.В. Оптические свойства металлов. М.: Физматгиз, 1961. -464 с.
- Рыкалин Н.Н., Углов А. А., Кокора А. Н. Лазерная обработка материалов. -М.: Машиностроение, 1975. -296 с.
- Виноградов Б.А., Харичева Д. Л., Мещерякова Г. П. Действие лазерного излучения на керамические материалы С-Петербург.: Наука, 2008. -400с.
- Виноградов Б.А., Харичева Д. Л., Мещерякова Г. П. «Постановка и совместное решение задач с подвижными границами и термоупругости для многослойных материалов при лазерном воздействии» Отчет по научному проекту РНП 2.1.2.7351, 2007 г.
- Харичева Д.Л. Получение металлокерамических соединений методом лазерной пайки. // Автореф. на соиск. ученой степени к.т.н. -Благовещенск: АмГУ. -18 с.
- Виноградов Б. А., Мещерякова Г. П., Кудрявцев А. О. Получение многослойных металлокерамических соединений лазерной пайкой // Механика композиционных материалов и конструкций. ИПРИМ РАН, 2008.С. 250−268.
- Юсупов З.Ф., Виноградов Б. А. Использование лазерного излучения при соединении алюмооксидной керамики с металлом. // Научн.-техн. конфер. Красногорск, 1991. -85 с.
- Ерошев В.К. Металлокерамические вакуумоплотные конструкции. М.: Энергия, 1970.-160с.
- Аллас А.А., Кудрявцев А. О., Новосадов B.C., Миленький М. Н., Сапрыкин Л. Г. Сварка титана, нержавеющей стали и алюминиевых сплавов лазерным излучением с регулируемой формой импульсов.//0борудование.2007. № 3. С. 36−37.
- Каюков C.B. Физика обработки металлов импульсным лазерным излучением миллисекундного диапазона длительности : Автореферат дис.. д-ра физ.-мат. Наук. М, 1996.-38 с.
- Виноградов Б.А., Харичева Д-Л. Особенности получения металлокерамических соединений методом лазерной пайки. // Вестник ДВО РАН. 1998. № 3. -с. 60.
- Виноградов Б.А., Харичева Д. Л., Швайка Д. С. Формирование металлокерамического соединения при лазерной пайке. // Перспективные материалы. 2001. № 3, с. 63 67.
- Харичева Д.Л., Виноградов Б. А., Костиков Ю. П. Влияние способа металлизации поверхности керамики на структуру переходной зоны металлокерамического соединения. // Проблемы машиностроения и надежности машин: Изд-во РАН, -1998. № 2. -с. 77 80.
- Харичева Д.Л., Швайка Д. С. Теплофизические процессы при лазерной пайке керамики с металлом. Благовещенск: АмГУ, 2001. 56 с.
- Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989.- 304 с.
- Терентьев В.Ф. Циклическая прочность металлических материалов: Учеб. пособие. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. 61 с.
- Чиркин B.C. Теплофизические свойства веществ, 1959(ГПБ-59/4631), Справочник. Физические величины. Григорьев, Мейлихов. -С.350
- Зиновьев В.Е., Ерошев В. К., Козлов Ю. А., Павлова В. Д. Конструирование и технология изготовления паяных металлокерамических узлов. Ч. 1. -М.: ЦНИИ Электроника, 1988. — 118 с.
- Карабасов Ю.С. Новые материалы -М.: Стройиздат, 2002. -736 с.
- Кулик О.П., Денисенко Э. Т. Конструкционные керамические материалы. Получение, свойства, применение. Киев: ИПМ, 1990. -57 с.
- Лашко С.В., Врублевский Е. И., Технология пайки изделий в машиностроении- Справочник проектировщика. -М.: Машиностроение, 1993. -464 с.
- Лашко С.В., Лашко Н. Ф., Пайка металлов- Справочник проектировщика. -М.: Машиностроение, 1988. — 376 с.
- Постольник Ю.С., Тимошпольский В. И., Андрианов Д. Н. Расчет температурных полей твердых тел основной геометрии при произвольных граничных условиях. // ИФЖ. -Т.77,№ 2. -С. 3−12.
- Карташов Э. М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел- М. Высшая школа, 1985. 480 с.
- Самарский А. А. Теория разностных схем М: Наука, 1989. — 616 с.
- Чиркин B.C. Теплофизические свойства материалов ядерной тех НИКИ, Атомиздат, 1968. -484 с.
- Справочник. Физические величины. Григорьев, Мейлихов, с.350
- Smurov I., Bertrand Ph., Doubenskaia V. Advanced pyrometry in industrial laser applicalion.//Proceedings of the Fifth international Conference Beam technologies & Laser application, 23−28, September, 2006, Saint-Petersburg, Russia. pp. 36−41.
- Тихомиров В. Б. Планирование и анализ эксперимента -М: Легкая индустрия, 1976. 263 с.
- Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий -М: Наука, 1976. -280 с.
- Агекян Т. А. Основы теории ошибок -М: Наука, 1972. -170 с
- Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. Перевод с немецкого под ред. Э. К. Лецкого -М: Мир, 1977.- 446 с.
- Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. Перевод с немецкого под ред. Э. К. Лецкого -М: Мир, 1977.- 446 с.
- Зедгинидзе И.Г., Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем -М.: Наука, 1976. -390 с.
- Коваленко B.C., Лавринович А. В., Лазерная обработка керамических материалов -К.: Тэхника, 1991. — 117 с.
- Данилейко Ю.К., Маненков А. А., Нечитайло B.C. Исследование объёмного лазерного разрушения и рассеяния света в кристаллах и стёклах //Труды ФИАН. 1978. — Т. 101. — С. 31−74
- Данилейко Ю.К., Маненков А. А., Нечитайло B.C. Предпороговые явления при лазерном разрушении оптических материалов // Квантовая электрон. -1976- Т. 3. С. 438−441.
- Маненков А.А., Матюшин ГЛ., Нечитайло B.C. и др. О природе эффекта накопления в лазерном разрушении оптических материалов // Квантовая электрон. 1983. -Т. 10. -С. 2426−2432.
- Еронько С.Б., Журков С. Н., Чмель А. Е. Кинетика накопления повреждений в прозрачных диэлектриках при многократном лазерном облучении. // ФТТ.1978. -Т. 20. -С. 3570−3574.
- Данилейко Ю.К., Маненков А. А., Нечитайло ВС. и др. Рольпоглощающих включений в механизме разрушения прозрачных диэлектриков лазерным излучением // ЖЭТФ. 1972. -Т. 63. -С. 1030−1035.
- Анисимов С.И., Макшанцев Б. И. Роль поглощающих неоднородностей в оптическом пробое прозрачных сред // ФТТ. -1973. -Т. 15. -С. 1090−1096.
- Данилейко Ю. К. Маненков А.А., Нечитайло B.C. и др. Роль поглощающих дефектов в механизме лазерного разрушения реальных прозрачных диэлектриков // Квантовая электрон. 1974. -Т. 1. -С. 1812−1818.
- Данилейко Ю. К. Маненков А.А., Нечитайло B.C. и др. Оптические свойства и лазерное разрушение «идеальных» монокристаллических поверхностей рубина. // ФТТ. 1974. -Т. 16. -С. 1725−1727.
- Бебчук А. С, Громов Д. А., Нечитайло B.C. Мера дефектности поверхности и оптическая прочность прозрачных диэлектриков // Квантовая электрон. 1976. -Т. 3. -С. 1814−1816.
- Горшков Б.Г. Исследование механизмов разрушения ионных кристаллов под действием импульсного лазерного излучения наносекундного диапазона: Дис. на соиск. канд. физ.-мат. наук. -М., 1977.
- Данилейко Ю.К., Маненков А. А., Нечитайло B.C. О механизме лазерного разрушения прозрачных материалов, обусловленном тепловым взрывом поглощающих неоднородностей // Квантовая электрон. -1978. -Т. 5. -С 194−196.
- Арушанов С.З., Бебчук А.С, Громов Д. А. и др. Исследование механизма образования дефектного приповерхностного слоя при абразивной обработке хрупких прозрачных материалов. // Физика и химия обраб. материалов. -1978. № 1. -С. 117−122.
- Данилейко Ю.К., Маненков А. А., Прохоров A.M. и др.
- Поверхностное разрушение лазерных кристаллов рубина /, Тр. ФИАН СССР. 1978. -Т. 101. -С. 9−30.
- Данилейко Ю.К., Минаев Ю. П., Николаев В. Н. и др. Определение характеристик микродефектов по статистическим закономерностям лазерного разрушения твердых прозрачных материалов. // Квантовая электроника. -1981. Т. 8. — С. 2362−2370.
- Колдунов М.Ф., Уланов С. Ф. О возможности определения распределения включений по порогам оптического пробоя в прозрачных средах. // ЖТФ.- 1982. Т. 52. -С. 151−153.
- Данилейко Ю.К. Статистические закономерности лазерного разрушения. // Изв. АН СССР. Сер. физ., 1982. Т. 46. — С. 1119−1126.
- Николаев В.Н. Размерный эффект и статистика лазерного разрушения оптических материалов на длине волны 1,06 мкм.: Дисс. на соиск. .к. ф.-м. н. -М., 1983.
- Данилейко Ю.К., Минаев Ю. П., Сидорин А. В. Обратная задача статистики лазерного пробоя. // Квантовая электроника. -1984. -Т. 1 1. С. 757−765.
- Колдунов М.Ф. К статистической теории оптического пробоя: Анализ неустойчивости задачи обращения. // ДАН СССР, 1984. Т. 277. — С. 1384−1387.
- Алешин И.В., Бонч-Бруевич A.M., Зинченко В. И. и др. Влияние на развитие оптического пробоя прозрачных диэлектриков распределения поглощающих неоднородностей в пределах облучаемого пятна. // ЖТФ. 1973. — Т. 43. -С. 2625−2629.
- Технические условия ТУ 7434−4 740 909−001−923 «Вводы герметичные контрольных кабелей типа ВГКК для АЭС»: ИТЦ АмурНЦ ДВО РАН, Благовещенск, 1992.-62с.
- Технологическая инструкция методы и способы проверки качества изоляторов типа ИПН-400−2,4−1 ТУ 16−528 178.
- Берлин Е.В., Двинин С. А., Сейдман J1.A. Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких пленок — М: Техносфера, 2007. -172 с.
- Лазерные технологические установки, выпускаемые в странах СНГ и Балтии. Каталог-справочник по странам СНГ и Балтии -М.: НТИУЦ ЛАС. -102 с.
- Калиниченко Б.Б. Разработка конструкции и технологии вакуумной пайки керамических изоляторов герметичных кабельных модулей: Дисс. на соиск. ученой степени к.т.н. —Благовещенск, 2006. 107 с.