Спосіб з’єднання керамічних деталей

Винахід стосується виробництва керамічних деталей які можуть бути використані при виготовленні вогнетривких керамічних виробів, для футерівки хімічних апаратів, печей, конструкційних елементів і технологічних контейнерів. Відомий спосіб лазерного зварювання кераміки оплавленням поверхонь, що з'єднуються, описаний [у заявці Японії №57-188470 від 11.05.81. МКИ С04В37/00; В23К26/00, РЖХ 2М44П 1984], що полягає в оплавленні лазерним променем торців деталей, що з'єднуються. Недоліком такого способу є виникнення великих напруг у шві між деталями, що з'єднуються, які спричиняються великими градієнтами температури, присутніми при формуванні й остиганні ванни розплаву і, як наслідок, неможливість з'єднання торців деталей великої площі. Прототипом технічного рішення, що заявляється, може служити спосіб високотемпературного з'єднання керамічних деталей, який описано [у патенті НДР №160895 МКИ С04В37/02; В23К1/20, РЖХ 5М48П 1985], що полягає в заливанні шва між торцями деталей розплавом склоприпою. Основним недоліком такого способу з'єднання є неможливість компенсації різниці температурних коефіцієнтів лінійного розширення (т.к.л.р.) матеріалів деталей і склоприпою в широкому діапазоні температур. На практиці, як правило, вдається підібрати приблизно рівні значення т.к.л.р. матеріалів припою і деталей тільки у вузькому температурному інтервалі. Тому при експлуатації деталей, що з'єднанні, у широкому інтервалі температур (20-1100°) вузли з'єднання руйнуються. Крім того, при використанні деталей, що з'єднанні, за способом прототипу, для виготовлення виробів із покриттями з пентаоксиду ніобію на межі між матеріалом шва і покриттям також виникають напруги, що викликаються невідповідністю т.к.л.р. і виріб із покриттям із Nb2O5, буде сильніше руйнуватись при термоциклуванні в широкому інтервалі температур. Задачею технічного рішення «Спосіб з'єднання керамічних деталей», що заявляється, є підвищення термостійкості вузлів з'єднання керамічних деталей із захисним покриттям із пентаоксиду ніобію. Поставлену задачу вирішують у такий спосіб: припій розплавляють концентрованим світловим потоком, а формування шва проводять, принаймні, при двох режимах. Спочатку на одній або декількох ділянках поверхонь, що з'єднують, формують проміжні прошарки шляхом сплавлення матеріалів припою і керамічних деталей при температурі вище температури плавлення кераміки, а потім при температурі нижче температури плавлення кераміки, але вище температури плавлення припою проводять заповнення формованого шва розплавом припою. При цьому як припій використовують пентаоксид ніобію. Суть технічного рішення «Спосіб з'єднання керамічних деталей», що заявляється, полягає в тому, що при з'єднанні керамічних деталей методом заповнення шва розплавом припою припій плавлять концентрованим світловим потоком (лазерний нагрів або нагрів у фокальній зоні оптичної печі), а формування шва проводять, принаймні, при двох різноманітних режимах. Спочатку, ділянки поверхонь, що з'єднують (одну або декілька) нагрівають до температури вище температури плавлення матеріалу деталей, що з'єднують, подають у зону нагріву розплав Nb2O5, і домагаються формування проміжного прошарку, що складається зі сплаву матеріалу деталі і Nb2O5. Потім шов між деталями, що з'єднують, з ділянками, на яких сформовані проміжні прошарки, заливають розплавом Nb2O5. У такий спосіб формують сполучний шов, що складається з ділянок або суцільних проміжних шарів і прошарку з Nb2O5. Сформовані ділянки проміжних шарів мають т.к.л.р. середні між значеннями т.к.л.р. матеріалів деталей і припою (Nb2O5) і компенсують напруги, що виникають на межі між припоєм і керамічними деталями. Крім того, при використанні керамічних деталей, що з'єднанні таким способом, для виготовлення виробів із захисними покриттями з пентаоксиду ніобію усувається причина появи напруг на межі між матеріалом шва і покриттям. Тому такі вироби мають більш високу термостійкість і можуть експлуатуватися в умовах термоциклування в широкому інтервалі температур. Приклади реалізації способу, що заявляється. 1. Блоки з кварцової кераміки розміщаються один навпроти одного. Ділянка крайки поверхонь, що з'єднуються, нагрівається лазерним променем або у фокальной зоні оптичної печі до температури вище 1800°С до появи розплаву SiO2. Потім у зону нагрівання подають Nb 2O5, розплавляють його і сплавляють із SiO2, регулюючи зону нагрівання таким чином, щоб отриманий сплав розтікався по торцям поверхонь, що з'єднують, не заповнюючи простір шва між деталями, що готують до з'єднання. При великих розмірах поверхонь, що з'єднують, операцію повторюють на інших ділянках шва, який формується. Можливо, але не обов'язково, формування проміжних шарів на всій площі торців деталей, що з'єднують. Потім температуру прогріву знижують до значень нижче температури плавлення матеріалу керамічних деталей (нижче 1700°С), але вище температури плавлення Nb2O5 (вище 1467°С), і заповнюють шов між деталями, що з'єднують, розплавом Nb2O5. Деталі, які з'єднують в такий спосіб, використовують самостійно або спрямовують на виготовлення виробів із захисним покриттям із Nb2O5. 2. Деталі з мулітової кераміки (пластини, циліндри і т.п розміщують одну проти одної). Ділянку крайки поверхонь, які з'єднують, нагрівають лазерним променем або у фокальній зоні оптичної печі до температури вище 1900 °С до появи розплаву муліту. Потім у зону нагрівання подають Nb2O5, розплавляють його і сплавляють із мулітом, регулюючи зону нагрівання таким чином, щоб отриманий сплав розтікався до торців поверхонь, що з'єднують, не заповнюючи простір шва між деталями, які готують до з'єднання. При великих розмірах поверхонь, що з'єднують, операцію повторюють на інших ділянках шва, що формується. Можливо, але не обов'язково формування проміжних шарів на всій площі торців деталей, що з'єднують. Потім температуру прогріву знижують до значень нижче температури плавлення матеріалу керамічних деталей (нижче 1700°С), але вище температури плавлення Nb2O5 (вище 1467°С), і заповнюють шов між деталями, що з'єднують, розплавом Nb2O5. З'єднані в такий спосіб деталі використовують самостійно або спрямовують на виготовлення виробів із захисним покриттям із Nb2O5. Таким же способом можна з'єднувати керамічні деталі інших складів при дотриманні температурних умов формування проміжних шарів і заповнення шва чистим припоєм (Nb2O5). Проте варто враховувати, що термостійкість шва залежить від різниці т.к.л.р. матеріалів припою і кераміки, і, отже, максимально припустимі розміри деталей, що з'єднують, із різноманітних керамік будуть різними. Спосіб з'єднання керамічних деталей, що заявляється, був з успіхом використаний для виробництва контейнерів із захисними покриттями з Nb2O5, у той час, як з'єднання деталей із кварцової кераміки по способу прототипу не дозволяє одержати термостійких виробів. Контейнерні вироби підвищеної термостійкості з кераміки з двостороннім захисним покриттям із пентаоксиду ніобію знаходять застосування в процесах термохімічного опрацювання при одержанні високочистих сполук ніобію і танталу.