Современное развитие радиоэлектроники и других отраслей тех­ники потребовало разработки достаточно эффективных методов соединения не только разнородных металлов, по и металлов с неметаллами. В качестве неметаллических материалов известно использование стекла (на котором монтируются полупроводни­ковые системы), керамики, графита.

Используемая в технике керамика в своей основе имеет либо чистый окисел алюминия, и тогда она пригодна для работ при температурах 1000° С и выше, либо наряду с окислом алюминия имеет стеклофазу и в этом случае эксплуатационная температура не превышает 500—600° С. Известно также применение метал­локерамического порошка состава 96% Fe, 3% Си, 1% С с порис­тостью 15—20%, который используют для изготовления шарнир­ных втулок крышки багажника автомобиля «Москвич-412». Эти втулки сваривают с кронштейнами из стали 20.

Углеграфитовые материалы используют в качестве электро­дов, нагревателей, торцовых уплотнителей. В зависимости от условий эксплуатации к соединению углеграфитовых материалов с металлами предъявляются требования достаточной прочности (по углеграфитовому элементу), герметичности, малого электро­сопротивления в зоне контакта, в ряде случаев повышенной коррозионной стойкости. Диэлектрики в электронных микросхе­мах служат в качестве подложки, на которую в вакууме наплав­ляют тонкие металлические пленки, к которым затем присоеди­няют металлические проводники. В качестве диэлектриков исполь­зуют ситаллы различных марок: фотоситаллы, кварцевое стекло, стекла С41, на которые в вакууме напыляются медные пленки толщиной 4000—4500 А по адгезионному подслою хрома или титана толщиной 500 А.

В некоторых устройствах круглое мерное стекло необходимо соединить с металлической трубчатой частью из коррозионно - стойкой стали. Это удается сделать через переходник из ковара, который может быть соединен сваркой со стеклом. В ряде конст­рукций регуляторов для защиты графита от коррозионных раз­рушений на его поверхность наплавляют слой коррозионно-стой­кого циркония.

Выбор методов сварки неметаллических материалов с метал­лами зависит от размеров деталей, физических особенностей материала ит. п. Так, например, различные металлические выводы, присоединяемые к диэлектрикам, имеющим на своей поверхности топкую металлическую пленку, или к полупроводниковым кристал­лам, используемым к микроэлектронике, наиболее часто свари­вают контактной, термокопрессионной или ультразвуковой свар­кой, заменившей пайку.

Микросварку давлением осуществляют при температурах, при которых образуется эвтектика соединяемых пар—металла про­водника и металлической пленки диэлектрика. Соединение воз­никает за счет межатомных сил связи на тех участках, где вслед­ствие выдавливания эвтектики образовался контакт ювениль­ных поверхностей, либо па участке кристаллизации эвтектики. Однако эти способы сварки сильно деформируют проводник в зоне сварки, сцижают механическую прочность соединения и дают соединение с высоким переходным сопротивлением. Поэтому в настоящее время для этих целей успешно применяют сварку плавлением, используя луч лазера.

Цирконий с графитом соединяют по методу аргонодуговой наплавки вольфрамовым электродом. При этом способе на графите образуется промежуточный слой толщиной до 2,5 мм, пропитан­ный цирконием и содержащий образовавшиеся карбиды. На поверх­ности этого слоя располагается чистый цирконий, имеющий струк­туру литого металла, который образует плотную коррозионно - стойкую поверхность на графите.

При сварке плавлением металлических проводников с метал­лической пленкой, имеющейся на диэлектрической подложке, растворение подслоя пленки не уменьшает прочности контакта. Исследователи этого процесса предполагают, что при сварке плавлением в переходном слое образуются химические соедине­ния металла со стеклом, которые обладают высокой проч­ностью.

Сварку лучом лазера медных проводников диаметром 50 мкм с медной пленкой толщиной 4000—4500 А на адгезионном под­слое хрома толщиной 500 А выполняли на лазерных установках СУ-1 и УЛ-2. Образцы сваривали внахлестку (рис. 176, о). Раз­рушающее усилие при срезе в зависимости от материала под­ложки колебалось в пределах 10—15 гс с разрушением подложки из стекла С41 и до 56 гс подложки из кварца. Такая разница в прочности объясняется тем, что при использовании нетермо­стойкого стекла С41 в подложке образовались трещины с глуби­ной залегания 45—50 мкм, по которым и происходило разрушение. В термостойкой - кварцевой подложке трещин не наблюдалось. На термостойком стекле СО-21 получены такие же разрушения, как и на кварцевой подложке.

Известно применение сварки электронпым лучом для сое­динения керамики на основе окиси алюминия с трубчатыми дета­лями из стали 12Х18Н10Т. Детали собирали согласно схемо на рис. 176, б. Керамическая втулка 1 длиной 15 мм наружным диа­метром 10 мы и внутренним 4 мм служит основой для соединения

41

а — соединение медного проводника диаметром 50 мкм с медной фольгой и поперечное сечение соединения; б — сборка керамических (J) и стальных (2, 3) труб­чатых элементов под сварку электронным лучом; в — соединение мсталлокерамической втулки (I) со сталью (2): г — соединение наплавленного слоя цир­кония с графитом: 1 — графит; 2 — цирконий;

3 — плевка карбида циркония металлических деталей 2 и 3, собираемых с зазором 0,3—1 мм; толщина _стенкл в месте сварки 0,5 мм.

Сварку выполняли по следующей технологии: после нагрева узла до температуры 1200° С (со скоростью 40—60° С/мин) и выдержки 4—5 мин сваривали один из швов при выключенном нагревателе, в связи с чем температура к концу сварки падала до 30—40° С. Затем вновь узел подогревали до температуры 1200° С н сваривали второй шов. Для получения стабильного процесса сварки луч смещали от кромки в сторону металлической детали на 1,5—2 мм. Сваренные по такой технологии узлы выдерживали длительное внутреннее давлепне до 10 кгс/см2, гидравлические удары до 40 кгс/см2, обеспечивали вакуумную плотность до 10-8 мм рт. ст., сохраняли работоспособность при контакте с агрессивной средой до 120 суток.

Металлокерамические втулки автомобильного багажника (96% Fe; 3% Сп и 1%С) сваривали с кронштейнами из стали 20 угло­вым швом по схеме на рис. 176, в. Втулку с наружным диаметром 20 мм толщиной стенки 5 мм сваривали со сталью толщиной 3 мм. Из-за низкой теплопроводности металлокерамики она растворяется быстрее, в связи с чем сварочную ванну смещают на стальную деталь п делают швы возможно большего размера (5 мм). Сварку ведут в углекислом газе проволокой Св-08Г2С диаметром 1,2 мм. Прочность и вибростойкость соединения обеспечивается при заданном числе циклов нагружения (свыше 8 • 105 циклов).

Схема соединения наплавленного слоя циркония с графитом показана па рис. 176, г. При наплавке вольфрамовым электродом в среде аргона с подачей присадочной проволоки диаметром 3 мм производительность процесса составляет 5,5—6 кг/ч (1 = 400 4- 450 А; 11 — 27 4- 33 Б) при ширине наплавленного

слоя 15—20 мм п толщине 4—5,5 мм. Соединение характери­зуется тем, что на поверхности графита 1 образуется промежу­точный слой 3 плотной пленки карбида циркония толщиной 0,02—0,04 мм, на которой и располагается однородный слой циркония 2, имеющего структуру литого металла.

Наплавка циркония при подаче защитного газа через сопло горелки вызывает загрязнение циркония азотом и кислородом (1,18% 02; 1,35% N2) с образованием пластинчатой структуры a-фазы, обладающей высокой твердостью и затрудняющей обра­ботку наплавленного слоя. При наплавке в камере с контролируе­мой средой металл получается значительно чище (0,126% 02; 0,01 % N2), с образованием структуры a-фазы и большим количеством мелких игольчатых включений, но без крупных пластинчатых включений а'-фазы. Наплавленный по этому варианту металл не затрудняет механическую обработку.