Тамбовский государственный технический университет Кафедра Материалы и технология Особую трудн
Работа добавлена на сайт samzan.net:
ИССЛЕДОВАНИЕ СВАРНОГО НЕРАЗЪЕМНОГО СОЕДИНЕНИЯ КОВАР-СТЕКЛО.
Магистрант И.И. Калениченко
Работа выполнена под руководством
ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»
Кафедра «Материалы и технология»
Особую трудность представляет соединение стекла с металлом. Требуемая степень согласованности коэффициентов термического расширения а стекла и металла зависит от вида соединения, пластичности используемого металла и технологии отжига. Кроме того, представляет проблему получение вакуумно-плотного соединения металла и стекла ввиду их плохой когезии. Для преодоления этой трудности обычно поверхность металла предварительно оксидируют; в процессе пайки слой оксида металла до некоторой степени растворяется в стекле, улучшая когезию.
Для некоторых сочетаний стекло — металл слой оксида образуется в процессе соединения, так что не требуется предварительное оксидирование металла. Еще одним условием получения хорошего соединения является тщательное обезгаживание металла, иначе в стекле в месте соединения могут образоваться пузырьки воздуха, которые могут стать источником натекания газа в вакуумной системе.
В случае стеклометаллического соединения, работающего в широком диапазоне температур, необходимо рассматривать поведение кривых термического расширения используемых материалов во всей области температур — от комнатной до температуры размягчения стекла. Термическое расширение стекла изменяется практически линейно вплоть до точки отжига, где резко возрастает.
Таблица Марки железоникелевых сплавов и стекол для термокомпенсированных вакуумных соединений
Добавление кобальта к железоникелевому сплаву или частичное замещение никеля кобальтом приводит к повышению температуры Кюри без существенного изменения а (рис. 1). Такие сплавы используются при соединении с твердыми стеклами и представляют наибольший интерес для вакуумной техники.
Первым сплавом, разработанным для соединения со стеклом, был ковар, состоящий из 54% Fe, 29% Ni и 17% Со. Ковар дает термокомпенсированные соединения с боросиликатным стеклом типа 7052. В настоящее время во многих странах выпускаются аналогичные сплавы под различными названиями, например вакон-12, телкосил-1 и нило-К. Эти высокочистые сплавы обычно изготовляются методом вакуумной плавки, а готовые для соединения элементы предварительно прокаливаются в вакууме. Как правило, перед соединением со стеклом сплав предварительно оксидируется, но в некоторых случаях (особенно для стекол, изготовленных методом спекания) предварительного окисления не требуется. В условиях низких температур ковар следует использовать с осторожностью, поскольку при 720 К изменяется его структура, вследствие чего повышается а. При низких температурах применяют специальные сплавы.
Если трубки из стекла и из нержавеющей стали соединяются коваровым переходником, то минимальная длина коваровой трубки, необходимая для предотвращения концентрации напряжений в стекле, определяется по формуле
где а — радиус и h — толщина стенки трубки.
В любой высоковакуумной системе число элементов из ковара, образующих высоковакуумную оболочку, должно быть минимально ввиду относительно высокой газопроницаемости ковара по отношению к водороду.
Одним из сдерживающих факторов в расширении сфер применения
микромеханических приборов являются проблема формирования надежных
неразъемных соединений: полупроводник–диэлектрик, полупроводник–
диэлектрик–полупроводник, полупроводник–металл–полупроводник, рабо-
тоспособных в широком диапазоне температур, силовых и тепловых нагру-
зок, что характерно для условий применения в ракетно-космической и летной
технике. Это связано с тем, что у таких структур имеется значительная раз-
ница в прочностных и тепловых свойствах [1]. Кроме того, к некоторым мик-
ромеханическим узлам (ММУ), что характерно для датчиков физических ве-
личин (ДФВ), предъявляются еще и требования по отсутствию в соединяе-
мых деталях и в зоне соединения остаточных напряжений, которые могут не-
гативно повлиять на метрологию ДФВ. При этом традиционные клеевые и
сварные соединения, широко используемые в приборостроении, как правило,
нетехнологичны и при их формировании в узлах возникают значительные
неисчезающие механические напряжения.
Современные ДФВ представляют собой сложную гетерогенную систему
взаимодействующих между собой материалов: металлов, полупроводников,
изоляторов объединенных в процессе изготовления в единую конструкцию.
Для обеспечения временной и параметрической стабильности ДФВ необхо-
димо, чтобы взаимодействующие элементы и материалы системы были кон-
структивно и функционально совместимы. Условия совместимости включа-
ют в себя:
– минимизация разности в коэффициентах температурного расширения
(ТКР) соединяемых материалов;
– минимальный уровень внутренних механических напряжений в мате-
риалах и структурах;
– герметичность зоны соединения разнородных материалов;
– высокая прочность и пластичность переходной зоны бинарных струк-
тур.
При изготовлении ДФВ соединяют такие материалы, как металл-металл,
металл-стекло, металл-полупроводник-стекло, металл-сапфир, металл-
керамика, керамика-керамика, керамика-полупроводник-стекло-металл, ме-
талл-стекло-полупроводник__________-керамика и ряд других.
Для корпусных и силовых материалов в ДФВ используются титановые и
элинварные сплавы, нержавеющие стали, ковар.
Для ДСВ металлостеклянных узлов, в частности, ковара 29НК-ВИ с бо-
росиликатным стеклом С49-2 использовался режим: 590 оС и 5 МПа, время
сварки – 20 мин. [3]. Для снятия остаточных напряжений в спае применялся
термоотжиг в вакууме в течение 30…50 мин. при 317…347 оС.
Электростатическое соединение материалов и элементов ДФВ
Стремление смягчить технологические режимы соединения, сделать тех-
нологию более управляемой и совместимой с групповыми процессами
микроэлектроники и, не в последнюю очередь, обеспечить соединение ми-
ниатюрных деталей без деградации их технических характеристик и разру-
шения, привело к созданию нового направления в области создания неразъ-
емных соединений разнородных материалов – электроадгезионного соедине-
ния (ЭАС).
1. Полякова А.А. Деформация полупроводников и полупроводниковых прибо-
ров/ М.: Энергия, 1979.
2. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов М.: Машиностроение, 1976.
312 с.
3. Диффузионная сварка материалов: Справочник / Под ред. Н.Ф. Казакова М.:
Машиностроение, 1981. 271 с.
4. Бачин В.А. Диффузионная сварка стекла и керамики с металлами. М.: Ма-
шиностроение, 1986. 182 с.
5. Метелкин И.И. Сварка керамики с металлами. М.: Металлургия, 1977. 159 с.
6. Пайка сапфировых мембран с высокопрочными сплавами титана Никифо-
рова З.В., Румянцев С.Г., Киселевский С.Л. и др. Сварочное производство, 1974, № 3.
7. Кузин А.Ю., Мальцев П.П. Датчики теплотехничеких и механических вели-
чин: Справочник М.: Энергоатомиздат, 1996. – 128 с.
8. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник – М.: Ра-
дио и связь, 1991.
9. Патент Японии № 57026431 кл. Н01 429/84 публ. 1982. // Способ изготовления
полупроводников
10. Патент США № 3506424 кл. С23 В29/04 публ. 1970// Соединение изоляторов с
изоляторами
11. Михайлов П.Г., Козин С.А. //Тензометрический преобразователь и способ
его изготовления Авт. свид. СССР № 1431470 кл. G01L 1/04 публ. 1986
12. Михайлов П.Г., Косогоров В.М. //Способ соединения сапфира с металлом.
Авт. свид. СССР № 1719375 кл. С04В 37/00 публ. 1992
13. Михайлов П.Г., Бутов В.И, Забродина С.В. Пьезодатчики быстроперемен-
ных, импульсных и акустических давлений/ Радиотехника № 10 1995, с. 36-38.__
Стойкость и долговечность бетона зависят, прежде всего, от микроструктуры и прочности химических связей цементной матрицы. Главный недостаток всех цементных материалов — хрупкость и явная склонность к раскалыванию. С добавлением волокон и микроволокон удаётся задержать развитие микротрещин, но не остановить их инициирование. Введение новых нановолокон открывает новую область для наноразмерного упрочнения бетона, которое должно теоретически препятствовать начальному формированию и более позднему распространению микротрещин. Один из самых востребованных и потенциально выгодных наноматериалов для наноразмерного упрочнения – углеродные нанотрубки (УНТ).
В данной работе изучается влияние введенных углеродных наноматериалов на прочностные свойства цементных матриц на основе портландцемента.
На основании работ, проводимых на кафедре «Техника и технологии производства нанопродуктов» появилась возможность сравнения достижений полученных на данной кафедр с зарубежным уровнем.
Результат исследований [1] показывает, что прочность образцов наномодифицированного мелкозернистого бетона на сжатие увеличивается в среднем на 20 – 25 %, а прочность на изгиб - 15 – 20 %.
Добавка наномодификатора в количестве 0,0006% от массы цемента обеспечивает стабильный рост прочностных характеристик на 20-25 %. Немаловажно отметить, была получена повторяемость результатов.
В результате экспериментов установлено, что образцы мелкозернистого бетона, модифицированные углеродным наноматериалом «Таунит» в среднем на 50% быстрее набирают прочность и в проектном возрасте имеют прочность на 20-25% больше, чем образцы обычного бетона.
Приведенные данные согласуются с общемировыми достижениями. Так в работе [2] было изучено влияние конфигурации МУНТ на прочностные свойства цементной матрицы: длинные и короткие МУНТ. Тестируемые образцы изготовлены из цементной пасты с низкой и высокой концентрацией МУНТ (0.048 % веса и 0.08 % веса (к цементу), соответственно), подвергнутых ультразвуковой обработке и находящихся в суперпластификаторе, отношение которого к МУНТ постоянно и равно 4. Результаты экспериментов показали что короткие МУНТ с концентрацией 0.08% занимают первое место по упрочнению цементной матрицы на сжатие и второе место по упрочнению на изгиб, а длинны МУНТ с концентрацией 0.048% занимают первое место в упрочнении на изгиб и второе место по упрочнению на сжатие немногим уступая коротким. Также в работе [1] было проведено исследование на прочность при сжатии с большей концентрацией УНТ к цементу, чьи данные отражены на рисунке 1. Анализ рисунка позволяет сделать вывод о том, что лучший прирост прочности составляет 37% у образца с концентрацией УНТ равной 0.012%.
Схожие данные получены в работе [3] с внесением МУНТ, в количестве 0.5% от массы цемента, произошло увеличение прочности по сравнению с контрольным образцом на 30% или увеличение до 10.08МПа в сравнении с 7.73МПа у контрольного (данные получены на 28 день)
Рис 1. Влияние содержания УНМ «ТАУНИТ» на прочностные характеристики мелкозернистого бетона
В работе [4] исследовано влияния модифицирования образцов мелкозернистого бетона углеродным наноматериалом, функционализированным карбоксильными группами. Замес мелкозернистого бетона осуществлялся при В/Ц соотношении 0,37. Расход УНМ 0.0006 от массы цемента. УНМ вводим в бетонное тесто с водой затворения. Для равномерного распределения УНМ в коллоидном растворе добавляем ПАВ (поливинилпирролидон). Соотношение ПАВ:УНМ = 2:1. Коллоидный раствор с УНМ и ПАВ приготавливается в ультразвуковой установке. Результаты тестов следующие: наибольший прирост прочности дает УНМ «Таунит М», который составляет на сжатие 26%, в то время как прочность на изгиб не изменилась либо ухудшилась на 25% в зависимости от типа УНТ «Таунит».
В работе [3] за счёт ведения 0.5 % COOH-МУНТ увеличена прочность на сжатие до 19 %, в то время как предел на изгиб увеличивается на 25%.
[5] Смеси, в которых находились функционализированные УНТ–COOHs, показали существенное увеличение прочность при сжатии. Самое значительное увеличение почти на 50 % достигается в соединении 22MK10, содержащий 0.045 % УНТ–COOHs. Экземпляр 21MK9, содержал почти в три раза больше —0.15 %, УНТ–COOHs дал меньшие показатели (у обоих образцов водно-цементное соотношение одинаково).
На основании приведенных работ можно сделать следующие выводы:
- Введение углеродных нанотрубок в сверх малых концентрациях приводит к упрочению цементной матрицы (прочность при сжатии возрастает на 20-30%).
- Функционализации УНТ существенно зависит от типа УНТ, вследствие чего разнятся результаты, но при надлежащем выборе углеродного наноматериала демонстрирует хорошие результаты на прочность при сжатии: 20-50%. Добавка функционализированных УНТ являются экономически неоправданной.
Список используемой литературы.
- Толчков Ю.Н. Разработка наномодификаторов на основе УНМ «Таунит»,в строительные композиты: дис. … магистр. 220600.60: защищена 21. 06. 11// Толчков Юрий Николаевич, Тамбовский государственный технический университет – Тамбов, 2011. – 134с.
- Maria S. Konsta-Gdoutos [et all.]. Highly dispersed carbon nanotube reinforced cement based materials/ Maria S. Konsta-Gdoutos, Zoi S. Metaxa, Surendra P. Shah // Elsevier: Cement and Concrete Research. –2010. – № 40. – р. 1052–1059
- Giuseppe Ferro [et all.]. Atti del XXI Convegno Nazionale del Gruppo Italiano Frattura // Giuseppe Ferro, Francesco Iacoviello e Luca Susmel. – Italia, Cassino – 2011. – p. 433.
- Панина Т.И. Разработка добавок на основе гелеобразных дисперсий углеродного наноматериала в строительные композиты: дис. … магистр. 220600.68: защищена 15. 06. 12//Панина Татьяна Ивановна. Тамбовский государственный технический университет – Тамбов, 2012. – 115с.
- A. Cwirzen. Surface decoration of carbon nanotubes and mechanical properties of cement/carbon nanotube composites/ A. Cwirzen, K. Habermehl-Cwirzen and V. Penttala// Advances in Cement Research. – 2008. – № 20. – р. 65–73
7
2. А. Александрова 004 Киелi жерлерге бару ма~сатымен жасалатын саяхат зиярат ету 005 Т~ра~ты т~рат
3. Товарный ассортимент- понятие структура формирование Сущность планирования формирования и управлени
4. Ямайская и Европейская валютные системы
5. во детей Инвалидность Сирота Из многодетно семьи Малообес
6. Вариант 24 Программный элемент ЗАПОЛНЕНИЕ 10 Конец 9 x0 нет
7. Тема- Инфляция- причины показатели социальноэкономические последствия
8. наиболее распространённая ситуация но иногда случается что соперничающие командиры Наёмников на время з
9. Гражданские права человека
10. Хайдеггер Мартин
11. Теория организации и системный анализ фирмы
12. тема кровообращения
13. Реферат на тему- Диагностика малых групп Выполнил- студент группы 1бУП2 Журавлев Ф
14. нибудь независимыми советниками
15. Экономич.содержание и роль финансов п-п По экономической природе финансы организаций предприятий едины
16. тематические критерии играют главную роль в концепции истины.html
17. Экзаменационные вопросы по обществознанию 10 класс базовый уровень
18. Экзистенциальные и коммуникативные вопросы управления
19. . Магнитные свойства основных пород
20. ІУ рівнів акредитації Протокол від Рецензенти- М