(1) Vlastnosti pájení Problémy spojené s pájením grafitu a polykrystalického diamantu jsou velmi podobné těm, které se vyskytují u pájení keramiky. Ve srovnání s kovem je pájka obtížněji smáčivá pro grafitové a polykrystalické diamantové materiály a její koeficient tepelné roztažnosti se velmi liší od koeficientu tepelné roztažnosti běžných konstrukčních materiálů. Oba materiály se zahřívají přímo na vzduchu a při teplotě přesáhnou 400 °C dochází k oxidaci nebo karbonizaci. Proto by se mělo používat vakuové pájení, přičemž stupeň vakua nesmí být menší než 10-1 Pa. Protože pevnost obou materiálů není vysoká, mohou se při tepelném namáhání během pájení objevit trhliny. Snažte se vybrat přídavný materiál pro pájení s nízkým koeficientem tepelné roztažnosti a přísně kontrolujte rychlost ochlazování. Protože povrch takových materiálů není snadno smáčitelný běžnými přídavnými kovy pro pájení, lze před pájením na povrch grafitových a diamantových polykrystalických materiálů nanést vrstvu W, Mo a dalších prvků o tloušťce 2,5 ~ 12,5 μm modifikací povrchu (vakuové nanášení, iontové naprašování, plazmové stříkání a další metody) a vytvořit s nimi odpovídající karbidy, nebo lze použít vysoce aktivní přídavné kovy pro pájení.
Grafit a diamant mají mnoho druhů, které se liší velikostí částic, hustotou, čistotou a dalšími aspekty a mají různé vlastnosti pájení. Kromě toho, pokud teplota polykrystalických diamantových materiálů překročí 1000 ℃, začíná se snižovat míra opotřebení polykrystalických materiálů a míra opotřebení se snižuje o více než 50 %, když teplota překročí 1200 ℃. Proto musí být při vakuovém pájení diamantu teplota pájení udržována pod 1200 ℃ a stupeň vakua nesmí být nižší než 5 × 10⁻² Pa.
(2) Volba přídavného materiálu pro pájení je založena především na použití a povrchovém zpracování. Při použití jako žáruvzdorný materiál by se měl zvolit přídavný materiál s vysokou teplotou pájení a dobrou tepelnou odolností; pro materiály odolné vůči chemické korozi se volí přídavné materiály s nízkou teplotou pájení a dobrou odolností proti korozi. Pro grafit po povrchové metalizaci lze použít čistou měděnou pájku s vysokou tažností a dobrou odolností proti korozi. Aktivní pájka na bázi stříbra a mědi má dobrou smáčivost a tekutost vůči grafitu a diamantu, ale provozní teplota pájeného spoje je obtížné překročit 400 °C. Pro grafitové součásti a diamantové nástroje používané mezi 400 °C a 800 °C se obvykle používají přídavné materiály na bázi zlata, palladia, manganu nebo titanu. Pro spoje používané mezi 800 °C a 1000 °C se musí použít přídavné materiály na bázi niklu nebo vrtáků. Pokud se grafitové komponenty používají při teplotách nad 1000 °C, lze použít čisté kovové přídavné kovy (Ni, PD, Ti) nebo slitinové přídavné kovy obsahující molybden, Mo, Ta a další prvky, které mohou s uhlíkem tvořit karbidy.
Pro grafit nebo diamant bez povrchové úpravy lze pro přímé pájení použít aktivní přídavné kovy v tabulce 16. Většina těchto přídavných kovů jsou binární nebo ternární slitiny na bázi titanu. Čistý titan silně reaguje s grafitem, který může tvořit velmi silnou karbidovou vrstvu, a jeho koeficient lineární roztažnosti se značně liší od grafitu, který snadno praská, takže jej nelze použít jako pájku. Přidání Cr a Ni k Ti může snížit bod tání a zlepšit smáčivost keramikou. Ti je ternární slitina, složená převážně z TiZr s přídavkem TA, Nb a dalších prvků. Má nízký koeficient lineární roztažnosti, což může snížit pájecí napětí. Ternární slitina složená převážně z TiCu je vhodná pro pájení grafitu a oceli a spoj má vysokou odolnost proti korozi.
Tabulka 16 Pájecí přídavné kovy pro přímé pájení grafitu a diamantu
(3) Proces pájení Metody pájení grafitu lze rozdělit do dvou kategorií: pájení po metalizaci povrchu a pájení bez povrchové úpravy. Bez ohledu na použitou metodu musí být svařenec před montáží předupravený a povrchové nečistoty z grafitových materiálů musí být očištěny alkoholem nebo acetonem. V případě pájení s metalizací povrchu se na povrch grafitu plazmovým stříkáním nanese vrstva Ni, Cu nebo vrstva Ti, Zr nebo disilicidu molybdenu a poté se k pájení použije přídavný kov na bázi mědi nebo stříbra. Přímé pájení aktivní pájkou je v současnosti nejrozšířenější metodou. Teplotu pájení lze zvolit podle pájky uvedené v tabulce 16. Pájku lze upnout uprostřed pájeného spoje nebo blízko jednoho konce. Při pájení kovem s vysokým koeficientem tepelné roztažnosti lze jako mezivrstvu použít Mo nebo Ti určité tloušťky. Přechodová vrstva může během pájení vyvolat plastickou deformaci, absorbovat tepelné namáhání a zabránit praskání grafitu. Například molybden se používá jako přechodový spoj pro vakuové pájení grafitových a hastelloynových součástí. Používá se pájka B-pd60ni35cr5 s dobrou odolností vůči korozi roztavenými solmi a záření. Teplota pájení je 1260 ℃ a teplota se udržuje po dobu 10 minut.
Přírodní diamant lze přímo pájet pomocí b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 a dalších aktivních pájek. Pájení by se mělo provádět ve vakuu nebo při nízké ochraně argonu. Teplota pájení by neměla překročit 850 °C a měla by se zvolit rychlejší rychlost ohřevu. Doba výdrže při teplotě pájení by neměla být příliš dlouhá (obvykle kolem 10 s), aby se zabránilo tvorbě souvislé titanové vrstvy na rozhraní. Při pájení diamantu a legované oceli by se měla přidat plastová mezivrstva nebo vrstva slitiny s nízkou roztažností pro přechod, aby se zabránilo poškození diamantových zrn v důsledku nadměrného tepelného namáhání. Soustružnický nebo vyvrtávací nástroj pro ultra přesné obrábění se vyrábí pájením, při kterém se na ocelové těleso pájí 20 ~ 100 mg diamantu s malými částicemi, a pevnost spoje dosahuje 200 ~ 250 MPa.
Polykrystalický diamant lze pájet plamenem, vysokofrekvenčně nebo vakuově. Pro řezání kovu nebo kamene diamantovými kotoučovými pilami by se mělo použít vysokofrekvenční pájení nebo pájení plamenem. Měl by být zvolen aktivní přídavný materiál Ag-Cu-Ti s nízkým bodem tání. Teplota pájení by měla být udržována pod 850 °C, doba ohřevu by neměla být příliš dlouhá a měla by se použít pomalá rychlost ochlazování. Polykrystalické diamantové vrtáky používané při ropném a geologickém vrtání mají špatné pracovní podmínky a snášejí velké rázové zatížení. Lze zvolit přídavný materiál na bázi niklu a jako mezivrstvu pro vakuové pájení lze použít čistou měděnou fólii. Například 350 ~ 400 kapslí sloupcového polykrystalického diamantu o průměru 4,5 ~ 4,5 mm se pájí do perforací oceli 35CrMo nebo 40CrNiMo za vzniku řezných zubů. Používá se vakuové pájení, přičemž stupeň vakua není menší než 5 × 10⁻² Pa, teplota pájení je 1020 ± 5 °C, doba výdrže je 20 ± 2 minuty a smyková pevnost pájeného spoje je větší než 200 MPa.
Během pájení natvrdo se pro montáž a polohování co nejvíce využije vlastní hmotnost svařence, aby kovová část stlačila grafit nebo polykrystalický materiál v horní části. Při použití upínacího přípravku pro polohování se použije materiál s koeficientem tepelné roztažnosti podobným koeficientu tepelné roztažnosti svařence.
Čas zveřejnění: 13. června 2022