Пайка ZrO2-керамики к ниобию контактно-реактивным способом через никель
Исследовано смачивание ZrO2-керамики никель-ниобиевой эвтектикой (Ni—40,5% (ат.) Nb, образуется при 1175ºС)) с варьированием температуры. Краевой угол смачивания составляет 80º. Опробован для пайки ZrO2-керамики к ниобию контактно-реактивный способ с использованием никелевой прослойки между ниоби...
Gespeichert in:
| Datum: | 2008 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України
2008
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4381 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Пайка ZrO2-керамики к ниобию контактно-реактивным способом через никель / А.В. Дуров // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2008. — № 41. — С. 98-101. — Бібліогр.: 10 назв. — рус. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859866570679910400 |
|---|---|
| author | Дуров, А.В. |
| author_facet | Дуров, А.В. |
| citation_txt | Пайка ZrO2-керамики к ниобию контактно-реактивным способом через никель / А.В. Дуров // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2008. — № 41. — С. 98-101. — Бібліогр.: 10 назв. — рус. |
| collection | DSpace DC |
| description | Исследовано смачивание ZrO2-керамики никель-ниобиевой эвтектикой (Ni—40,5% (ат.)
Nb, образуется при 1175ºС)) с варьированием температуры. Краевой угол смачивания
составляет 80º. Опробован для пайки ZrO2-керамики к ниобию контактно-реактивный
способ с использованием никелевой прослойки между ниобием и керамикой. Подобрана
оптимальная температура пайки — 1400ºС. Прочность соединения — 117—138 МПа.---------------
Досліджено змочування ZrО2-кераміки нікель-ніобиевой
евтектикой (Ni—40,5% (ат.) Nb, утвориться при 1175ºС)) з варіюванням
температури. Крайовий кут змочування складає 80º. Випробуваний для
пайки ZrО2-кераміки до ніобію контактно-реактивний спосіб з використанням нікелевого прошарку між ніобієм і керамікою. Підібрано оптимальну
температуру пайки — 1400°С. Міцність з’єднання — 117—138 МПа.------------------
The wetting of ZrO2-ceramic by nickel-columbium eutectic (Ni—40,5% (at.)
Nb, forms at 1175ºC) was investigated, contact angle is 80º. The contactreactive
method using nickel interlayer between ceramic and columbium was
tested for brazing of ZrO2-ceramic to columbium, the optimum brazing
temperature was fit, it is 1400ºC. Joint strength is 117—138 MPa.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:48:39Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2008. Вып. 41 98
УДК 621.791.3
А. В. Дуров*
ПАЙКА ZrO2-КЕРАМИКИ К НИОБИЮ КОНТАКТНО-
РЕАКТИВНЫМ СПОСОБОМ ЧЕРЕЗ НИКЕЛЬ
Исследовано смачивание ZrO2-керамики никель-ниобиевой эвтектикой (Ni40,5% (ат.)
Nb, образуется при 1175 ºС)) с варьированием температуры. Краевой угол смачивания
составляет 80º. Опробован для пайки ZrO2-керамики к ниобию контактно-реактивный
способ с использованием никелевой прослойки между ниобием и керамикой. Подобрана
оптимальная температура пайки 1400 ºС. Прочность соединения 117138 МПа.
Введение
В последнее время возрастает интерес к получению соединений
керамических материалов с металлическими деталями, способных
выдерживать высокие температуры. Также предпринимаются попытки
отказаться от использования титана в качестве активной добавки к
припоям, поскольку титан слишком агрессивен и, во-первых, разрушает
части паяного соединения, во-вторых, вследствие образования большого
количества продуктов реакции титана с соединяемым материалом на
межфазной поверхности появляются развитые переходные слои, которые
могут снижать прочность спая. Перспективным для замены титана
является ниобий, он был опробован в работах [19]. В работах [13]
исследовалась пайка Al2O3-керамики к ниобию с прослойкой из тонкого
слоя меди, в работах [46] диффузионная сварка Al2O3-керамики к
ниобию, в работе [7] — C—SiC-композита к ниобию, в работе [8] —
пропитка C—SiC-композита расплавом Ni—40,5% (ат.) Nb (эвтектика
[10]), хотя паяного соединения C—SiC-композита получить не удалось, в
работе [9] — диффузионная сварка ZrO2-монокристаллов и ниобия.
В данной работе была исследована возможность получения паяного
соединения ZrO2-керамики и металла с использованием в качестве припоя
системы никель—ниобий.
Эксперимент и обсуждение результатов
В работе использовали ниобий (пластина толщиной 2 мм ), никель
(слиток) высокой чистоты, керамику (пластинки размером 10×10×4 мм), а
также монокристаллы на основе ZrO2, стабилизированного
3,5% (ат.) Y2O3. Монокристаллы диоксида циркония были разрезаны на
пластинки толщиной 2 мм. Поверхность керамики и монокристаллов была
отполирована алмазной пастой дисперсностью 0,7—0,3 мкм. Опыты
проводили в вакууме 10–3 Па.
Как уже отмечалось, в системе никельниобий присутствует
эвтектика при 1175 °С (40,5% (ат.) Nb) [10]. Были проведены опыты по
* А. В. Дуров кандидат химических наук, научный сотрудник, Институт проблем
материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины.
А. В. Дуров, 2008
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2008. Вып. 41 99
Ni-40,5 Nb
ZrO2
Ni-40,5 Nb
ZrO2
Рис. 1. Микрофотография переходной области
ZrO2Ni40,5% (ат.) Nb, ×1000
Fig. 1. The microphotography of ZrO2Ni
40,5% (at.) Nb transient zone, ×1000
смачиванию монокристаллического ZrO2 этим эвтектическим расплавом
при температурах от образования эвтектики (1175 ºС) до 1700 °С, краевой
угол смачивания составил около 80°. На рис. 1 представлена
микрофотография шлифа капли Ni40,5% (ат.) Nb, застывшей на
подложке из монокристаллического ZrO2 в области контакта ZrO2
металл. Формирования развитых переходных слоев не наблюдается.
Очевидно, реакция на межфазной границе проходит со значительно
меньшей интенсивностью, чем для припоев, содержащих титан.
Поскольку для достижения смачивания оксидов расплавами с ниобием
необходимо использовать составы с высоким содержанием ниобия,
логично применять контактно-реактивный метод пайки. В этом случае
между соединяемыми тугоплавкими материалами располагается тонкая
прослойка, которая образует с одним из материалов легкоплавкую
жидкую фазу, чем и обеспечивается пайка.
В нашем случае никель был прокатан до толщины 0,25 мм, из ниобия и
прокатанного никеля вырезали пластинки размером 5×5 мм. Никелевую
пластинку располагали на поверхности керамики, сверху укладывали
ниобиевый образец, сборку нагружали вольфрамовым грузом и проводили
нагревание в вакууме. При 1175 ºС образуется эвтектика между никелем и
ниобием, то есть активный элемент (ниобий) поставляется в припойный
расплав за счет растворения ниобиевой части соединения.
После пайки испытывали прочность соединений при сдвиге. Самые
прочные соединения были получены при 1400 °С, прочность составила
117138 МПа, разрушение происходило по слою припоя (очевидно,
вследствие формирования хрупких интерметаллидов). График Вейбулла
для полученных значений прочности приведен на рис. 2.
Для других температур (1200, 1300, 1500 и 1600 °С) прочность
соединений составила около 50 МПа. На рис. 3 представлена фотография
макета натурной детали трубка из ZrO2-керамики, припаянная к
ниобию контактно-реактивным способом через никель.
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2008. Вып. 41 100
σσσσ, МПа
140135130125120
ln(ln(1/(1-P))) = 16,909 ln σ - 82,292
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
4,75 4,8 4,85 4,9 4,95
ln σσσσ
ln
(l
n
(1
/(
1-
P
))
)
Рис. 2. График Вейбулла для прочности при сдвиге соединений
ниобия и ZrO2-керамики, паянных контактно-реактивным
способом через никель, температура пайки 1400 ºС
Fig. 2. The Weibull plot for shear strength of columbium and ZrO2-
ceramic brazed joints brazed by contact-reactive method through the
nickel 1400 ºС
Рис. 3. Макет натурного соединения ZrO2-
керамики с ниобием, полученного контактно-
реактивным способом через никель
Fig. 3. The model of mockup ZrO2-ceramic to
columbium joint obtained by contact-reactive
method through the nickel
Выводы
В результате проведенных исследований разработан метод пайки ZrO2-
керамики к ниобию, который позволяет получать достаточно прочные
паяные соединения.
РЕЗЮМЕ. Досліджено змочування ZrО2-кераміки нікель-ніобиевой
евтектикой (Ni40,5% (ат.) Nb, утвориться при 1175 ºС)) з варіюванням
температури. Крайовий кут змочування складає 80º. Випробуваний для
пайки ZrО2-кераміки до ніобію контактно-реактивний спосіб з використан-
ням нікелевого прошарку між ніобієм і керамікою. Підібрано оптимальну
температуру пайки 1400 °С. Міцність з’єднання 117138 МПа.
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2008. Вып. 41 101
1. Shalz M. L., Dalgleish B. J., Tomsia A. P. et al. Ceramic joining. III.
Bonding of alumina via Cu/Nb/Cu interlayers // J. Mater. Sci. — 1994. —
29 (14). — Р. 3678—3690.
2. Marks R. A., Sugar J. D. and Glaeser A. M. Ceramic joining. IV. Effects of
processing conditions on the properties of alumina joined via Cu/Nb/Cu
interlayers // Ibid. — 2001. — 36 (23). — Р. 5609—5624.
3. Marks R. A., Chapman D. R., Danielson D. T. and Glaeser A. M. Joining of
alumina via copper/niobium/copper interlayers // Acta Mater. — 2000. —
48 (18—19). — Р. 4425—4438.
4. Габ И. И., Журавлев В.С., Куркова Д. И. и др. Контактное
взаимодействие оксидных материалов с тугоплавкими металлами при
высокотемпературной твердофазной сварке давлением // Порошковая
металлургия. — 1997. — № 7/8. — С. 69— 74.
5. Morozumi S., Kikuchi M., Nishino T. Bonding mechanism between
alumina and niobium / J. Mater. Science. — 1981. — Nо. 16. — P. 2137—
2144.
6. Каракозов Э. С., Котелкин И. С., Матвеев Г. Н. и др. О механизме
образования соединения при сварке в твердом состоянии керамики из
окиси алюминия с ниобием // Физика и химия обраб. материалов. —
1968. — № 3. — С. 123—128.
7. Naka Masaaki, Saito Tohru, Okamoto Ikuo. Bonding behavior between
niobium and reaction-sintered sic // Transactions of JWRI. — 1988. —
17(2). — Р. 67—71
8. TONG Qiao-ying, CHENG Lai-fei, ZHANG Li-tong. Infiltration bonding
C/SiC composite and niobium [J] // J. of Aviation Mater. — 2004. —
24 (1). — Р. 53—56 (in Chinese).
9. Morozumi Shotaro, Kikuchi Michiko, Saito Kazuya, Mukayama Shin-ichi.
Diffusion bonding of niobium and Y2O3-stabilized ZrO2 or HfO2 // ISIJ
Internat. — 1990. — 30, No. 12. — P. 1066—1070.
10. Хансен М., Андерко О. Структуры двойных сплавов. — М.:
Металлургия, 1962. — 1488 с.
Поступила 12.01.08
Durov O. V.
Brazing of ZrO2-ceramic to columbium by contact-reactive method
through the nickel
The wetting of ZrO2-ceramic by nickel-columbium eutectic (Ni40,5% (at.)
Nb, forms at 1175 ºC) was investigated, contact angle is 80º. The contact-
reactive method using nickel interlayer between ceramic and columbium was
tested for brazing of ZrO2-ceramic to columbium, the optimum brazing
temperature was fit, it is 1400 ºC. Joint strength is 117138 MPa.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-4381 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0136-1732 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:48:39Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Дуров, А.В. 2009-10-23T12:58:01Z 2009-10-23T12:58:01Z 2008 Пайка ZrO2-керамики к ниобию контактно-реактивным способом через никель / А.В. Дуров // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2008. — № 41. — С. 98-101. — Бібліогр.: 10 назв. — рус. 0136-1732 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4381 621.791.3 Исследовано смачивание ZrO2-керамики никель-ниобиевой эвтектикой (Ni—40,5% (ат.) Nb, образуется при 1175ºС)) с варьированием температуры. Краевой угол смачивания составляет 80º. Опробован для пайки ZrO2-керамики к ниобию контактно-реактивный способ с использованием никелевой прослойки между ниобием и керамикой. Подобрана оптимальная температура пайки — 1400ºС. Прочность соединения — 117—138 МПа.--------------- Досліджено змочування ZrО2-кераміки нікель-ніобиевой евтектикой (Ni—40,5% (ат.) Nb, утвориться при 1175ºС)) з варіюванням температури. Крайовий кут змочування складає 80º. Випробуваний для пайки ZrО2-кераміки до ніобію контактно-реактивний спосіб з використанням нікелевого прошарку між ніобієм і керамікою. Підібрано оптимальну температуру пайки — 1400°С. Міцність з’єднання — 117—138 МПа.------------------ The wetting of ZrO2-ceramic by nickel-columbium eutectic (Ni—40,5% (at.) Nb, forms at 1175ºC) was investigated, contact angle is 80º. The contactreactive method using nickel interlayer between ceramic and columbium was tested for brazing of ZrO2-ceramic to columbium, the optimum brazing temperature was fit, it is 1400ºC. Joint strength is 117—138 MPa. ru Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов Пайка ZrO2-керамики к ниобию контактно-реактивным способом через никель Brazing of ZrO2-ceramic to columbium by contact-reactive method through the nickel Article published earlier |
| spellingShingle | Пайка ZrO2-керамики к ниобию контактно-реактивным способом через никель Дуров, А.В. Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов |
| title | Пайка ZrO2-керамики к ниобию контактно-реактивным способом через никель |
| title_alt | Brazing of ZrO2-ceramic to columbium by contact-reactive method through the nickel |
| title_full | Пайка ZrO2-керамики к ниобию контактно-реактивным способом через никель |
| title_fullStr | Пайка ZrO2-керамики к ниобию контактно-реактивным способом через никель |
| title_full_unstemmed | Пайка ZrO2-керамики к ниобию контактно-реактивным способом через никель |
| title_short | Пайка ZrO2-керамики к ниобию контактно-реактивным способом через никель |
| title_sort | пайка zro2-керамики к ниобию контактно-реактивным способом через никель |
| topic | Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов |
| topic_facet | Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4381 |
| work_keys_str_mv | AT durovav paikazro2keramikikniobiûkontaktnoreaktivnymsposobomčereznikelʹ AT durovav brazingofzro2ceramictocolumbiumbycontactreactivemethodthroughthenickel |