Спосіб виготовлення рідинно-металевого композиційного контакту (варіанти)

1 Спосіб виготовлення рідинно-металевого композиційного контакту, що включає операції виробництва з дроту на основі тугоплавкого металу тканини у вигляді смуги організованої структури, скручування смуги у циліндричну заготовку і її встановлення у матрицю, пресування згаданої заготовки до одержання каркаса потрібних габаритів, просочування каркаса легкоплавким металом або сплавом, який відрізняється тим, що перед просочуванням каркаса легкоплавким металом або сплавом його відновлюють у середовищі гідридного водню, який одержують у вакуумній печі, а процес відновлення виконують у тій же вакуумній печі при тиску 30-100кПа у дві стадії, на першій - каркас нагрівають до температури 500-700°С і витримують протягом 50-70 хвилин, а на другій - до температури 600-850°С і витримують протягом 50-70 хвилин або виконують у одну стадію шляхом підвищення температури каркаса від 500-700°С до 850°С із швидкістю 8-12 градусів за хвилину 2 Спосіб виготовлення рідинно-металевого композиційного контакту, що включає операції виготовлення з дроту на основі тугоплавкого металу тканини у вигляді смуги організованої структури, скручування смуги у циліндричну заготовку і її встановлення у матрицю, пресування згаданої заготовки у матриці до одержання каркаса рідиннометалевого композиційного контакту потрібних габаритів, просочування каркаса легкоплавким металом або сплавом, який відрізняється тим, що для виготовлення тканини використовують дріт із молібдену або сплаву на його основі, перед просочуванням каркаса легкоплавким металом або сплавом його відновлюють у середовищі гідридного водню, який одержують у вакуумній печі, а процес відновлення виконують у тій же вакуумній печі при тиску 30-100кПа у дві стадії, на першій - каркас нагрівають до температури 500-550°С і витримують протягом 50-70 хвилин, а на другій - до температури 850-1100°С і витримують протягом 50-70 хвилин або виконують у одну стадію шляхом підвищення температури каркаса від 500-550°С до 850-1100°С із швидкістю 8-12 градусів за хвилину 3 Спосіб виготовлення рідинно-металевого композиційного контакту, що включає операції виготовлення з дроту на основі тугоплавкого металу тканини у вигляді смуги організованої структури, скручування смуги у циліндричну заготовку і її встановлення у матрицю, пресування згаданої заготовки у матриці до одержання каркаса рідиннометалевого композиційного контакту потрібних габаритів, просочування каркаса легкоплавким металом або сплавом, який відрізняється тим, що для виготовлення тканини використовують дріт із ніобію або сплаву на його основі, перед просочуванням каркаса легкоплавким металом або сплавом його відпалюють у вакуумній печі при тиску 5x10 5 -5х10 6 МПа при температурі 850-1100°С і витримують протягом 50-70 хвилин 4 Спосіб виготовлення рідинно-металевого композиційного контакту, що включає операції виготовлення з дроту на основі тугоплавкого металу тканини у вигляді смуги організованої структури, скручування смуги у циліндричну заготовку і її встановлення у матрицю, пресування згаданої заготовки у матриці до одержання каркаса рідиннометалевого композиційного контакту потрібних габаритів, просочування каркаса легкоплавким металом або сплавом, який відрізняється тим, що для виготовлення тканини використовують дріт із ренію або сплаву на його основі, перед просочуванням каркаса легкоплавким металом або сплавом його відновлюють відпалюванням у вакуумній печі при тиску 5x10 5-5х10 6МПа при температурі 850-100°С і витримують протягом 50-70 хвилин 5 Спосіб виготовлення рідинно-металевого композиційного контакту, що включає операції виготовлення з дроту на основі тугоплавкого металу тканини у вигляді смуги організованої структури, скручування смуги у циліндричну заготовку і її встановлення у матрицю, пресування згаданої заготовки у матриці до одержання каркаса рідиннометалевого композиційного контакту потрібних габаритів, просочування каркаса легкоплавким металом або сплавом, який відрізняється тим, що для виготовлення тканини використовують дріт із танталу або сплаву на його основі, перед просочуванням каркаса або сплавом його відновлюють відпалюванням у вакуумній печі при тиску 5х105-5х10 (О со сч (О З 62376 МПа шляхом його нагрівання від 750-850°С до 10-12°С/хвилину 1000-1100°С протягом 50 70 хвилин з швидкістю 6 Пропонований спосіб відноситься до електротехніки, а саме - до електроапаратобудування, зокрема, до способів виготовлення рідинно-металевих композиційних контактів, що застосовуються у комутаційних апаратах силових електромереж у тому числі у вакуумних комутаційних апаратах Найбільш близьким до пропонованого за технічною суттю є спосіб виготовлення рідиннометалевого композиційного контакту, який включає операції виробництва з дроту на основі тугоплавкого металу тканини у вигляді смуги організованої структури, скручування смуги у циліндричну заготовку і її встановлення у матрицю, пресування згаданої заготовки до одержання каркасу потрібних габаритів, просочування каркасу легкоплавким металом або сплавом [А с СРСР №1325590, МПК 4 Н01Н29/00, Опубл 23 07 1987 р Бюл №27] Каркас у ВІДПОВІДНОСТІ з описаним способом виготовляють з сплавів на основі вольфраму Недолік описаного способу полягає у недостатній просочуваності пористого каркасу легкоплавким металом або сплавом, через неоднорідність поверхневих якостей каркасу, наприклад через наявність на поверхні острівців окислів металів Це призводить до збільшення перехідного опору контактної групи із згаданих контактів, оскільки виникає нерівномірність об'єму легкоплавкого сплаву у зоні контактування поверхонь контактів Недостатня просочуваність пористого каркасу виникає через окислення поверхні дроту з тугоплавкого металу, наприклад, вольфраму під час попередніх технологічних операцій, а окислена поверхня має недостатню адгезійну МІЦНІСТЬ з легкоплавким металом або сплавом, яким просочують каркас В основу пропонованого винаходу поставлено задачу створення такого способу виготовлення рідинно-металевого композиційного контакту, який би дозволив збільшити просочуваність пористого каркасу легкоплавким металом або сплавом за рахунок підвищення адгезійної МІЦНОСТІ сплавів просочування і каркасу шляхом створення умов для видалення окислів тугоплавких металів з поверхні каркасу Поставлена задача вирішується у першому варіанті пропонованого винаходу, який, як і відомий спосіб виготовлення рідинно-металевого композиційного контакту, включає операції виробництва з дроту на основі тугоплавкого металу тканини у вигляді смуги організованої структури, скручування смуги у циліндричну заготовку і її встановлення у матрицю, пресування згаданої заготовки до одержання каркасу потрібних габаритів, просочування каркасу легкоплавким металом або сплавом, а, ВІДПОВІДНО до винаходу, перед просочуванням каркасу легкоплавким металом або сплавом його відновлюють у середовищі гідридного водню, який одержують у вакуумній печі, а процес відновлення виконують у тій же вакуумній печі при тиску ЗО ЮОкПа у дві стадії - на першій каркас нагрівають до температури 500 700°С і витримують про тягом 50 70 хвилин, а на другій - до температури 600 850°С і витримують протягом 50 70 хвилин Особливістю пропонованого способу є і те, що стадії нагріву каркасу поєднують і виконують, як одну, шляхом підвищення температури каркасу від 500 700°С до 850°С із швидкістю 8 12 градусів за хвилину Поставлена задача вирішується і у другому варіанті пропонованого винаходу, який, як і відомий спосіб виготовлення рідинно-металевого композиційного контакту, включає операції виготовлення з дроту на основі тугоплавкого металу тканини у вигляді смуги організованої структури, скручування смуги у циліндричну заготовку і її встановлення у матрицю, пресування згаданої заготовки у матриці до одержання каркасу рідинно-металевого композиційного контакту потрібних габаритів, просочування каркасу легкоплавким металом або сплавом, а, ВІДПОВІДНО до винаходу, для виготовлення тканини використовують дріт з молібдену або сплаву на його основі, перед просочуванням каркасу легкоплавким металом або сплавом його відновлюють у середовищі гідридного водню, який одержують у вакуумній печі, а процес відновлення виконують у тій же вакуумній печі при тиску ЗО ЮОкПа у дві стадії - на першій каркас нагрівають до температури 500 550°С і витримують протягом 50 70 хвилин, а на другій - до температури 850 1100°С і витримують протягом 50 70 хвилин Особливістю пропонованого способу є і те, що стада нагріву каркасу поєднують і виконують, як одну, шляхом підвищення температури каркасу від 500 550°С до 850 1100°С із швидкістю 8 12 градусів за хвилину Поставлена задача вирішується і у третьому варіанті пропонованого винаходу, який, як і відомий спосіб виготовлення рідинно-металевого композиційного контакту, включає операції виготовлення з дроту на основі тугоплавкого металу тканини у вигляді смуги організованої структури, скручування смуги у циліндричну заготовку і її встановлення у матрицю, пресування згаданої заготовки у матриці до одержання каркасу рідинно-металевого композиційного контакту потрібних габаритів, просочування каркасу легкоплавким металом або сплавом, а, ВІДПОВІДНО до винаходу, для виготовлення тканини використовують дріт з ніобію або сплаву на його основі, перед просочуванням каркасу легкоплавким металом або сплавом його відновлюють відпалюванням у вакуумній печі при тиску 5x10 5 5x10 6 МПа при температурі 850 1100°С і витримують протягом 50 70 хвилин Поставлена задача вирішується і у четвертому варіанті пропонованого винаходу, який, як і відомий спосіб виготовлення рідинно-металевого композиційного контакту, включає операції виготовлення з дроту на основі тугоплавкого металу тканини у вигляді смуги організованої структури, скручування смуги у циліндричну заготовку і її встановлення у 62376 матрицю, пресування згаданої заготовки у матриці до одержання каркасу рідинно-металевого композиційного контакту потрібних габаритів, просочування каркасу легкоплавким металом або сплавом, а, ВІДПОВІДНО до винаходу, для виготовлення тканини використовують дріт з ренію або сплаву на його основі, перед просочуванням каркасу легкоплавким металом або сплавом його відновлюють відпалю5 6 ванням у вакуумній печі при тиску 5x10 5x10 МПа при температурі 850 1100°С і витримують протягом 50 70 хвилин Поставлена задача вирішується і у п'ятому варіанті пропонованого винаходу, який, як і відомий спосіб виготовлення рідинно-металевого композиційного контакту, включає операції виготовлення з дроту на основі тугоплавкого металу тканини у вигляді смуги організованої структури, скручування смуги у циліндричну заготовку і її встановлення у матрицю, пресування згаданої заготовки у матриці до одержання каркасу рідинно-металевого композиційного контакту потрібних габаритів, просочування каркасу легкоплавким металом або сплавом, а, ВІДПОВІДНО до винаходу, для виготовлення тканини використовують дріт з танталу або сплаву на його основі, перед просочуванням каркасу легкоплавким металом або сплавом його відновлюють відпалюванням у вакуумній печі при тиску 5x10 5 5x10 6 МПа шляхом його нагрівання від 750 850°С до 1000 1100°С протягом 50 70 хвилин з швидкістю 10 12°С/хвилину Пропонований спосіб призначений для виготовлення каркасів з одного з тугоплавких металів вольфраму (W), молібдену (Мо), ренію (Re), танталу (Та) або ніобію (Nb) Для покращення процесу просочування були досліджені поверхневі якості на кордоні W-(lh-Ga-Sn), Mo-(ln-Ga-Sn), Re-(ln-Ga-Sn), Ta-(ln-Ga-Sn), Nb-(lh-Ga-Sn) у різних газових середовищах - у водні, азоті, гелії і у вакуумі при температурах до 1200°С Були визначені оптимальні режими, що передували просочуванню каркасу легкоплавким матеріалом Так, відновлення каркасу з вольфраму виконують у середовищі гідридного водню при тиску ЗО 100 кПа у дві стадії - на першій каркас нагрівають до температури 500 700°С і витримують протягом 50 70 хвилин, а на другій - до температури 600 850°С і витримують протягом 50 70 хвилин На першій стадії йде процес відновлення вольфраму з його окислу \Л/Оз, а на другій - відновлення вольфраму з його окислу WO2 Виконання двох стадій можливе і шляхом підвищення температури каркасу від 500°С до 850°С із швидкістю 8 12 градусів за хвилину без зупинення процесу нагрівання і додаткового вакуумування печі Пропоновані режими визначені експериментальне Так, при тиску менше ЗО кПа процес відновлення йде дуже повільно, а інколи й зупиняється, що не дає позитивного результату від використання способу Створення ж тиску водню Нг більше 100 кПа економічно не обґрунтоване - при збільшенні тиску процес відновлення вольфраму, практично не прискорюється і якість поверхні каркасу не покращується Нагрівання каркасу на першій стадії до температури нижче 500°С не забезпечує протікання pea кц„ нається реакція WO2+2H2=W+2H2O, тому оптимальною на першій стадії є температура 500 600°С Підвищення ж температури на другій стадії вище 850°С економічно не виправдане, оскільки якість поверхні каркасу при цьому не покращується Відновлення каркасу з молібдену виконують у середовищі гідридного водню при тиску ЗО 100 кПа у дві стадії - на першій каркас нагрівають до температури 500 550°С і витримують протягом 50 70 хвилин, а на другій - до температури 850 1100°С і витримують протягом 50 70 хвилин На першій стадії йде процес відновлення молібдену вольфраму з його окислу МоОзДО МоОз, а на другій - відновлення молібдену з його окислу MoG-2 Виконання двох стадій можливе і шляхом підвищення температури каркасу від 500°С до 1100°С із швидкістю 8 12 градусів за хвилину без зупинення процесу нагрівання і додаткового вакуумування печі Пропоновані режими визначені експериментально Так, при тиску менше ЗО кПа процес відновлення йде дуже повільно, а інколи й зупиняється, що не дає позитивного результату від використання способу Створення ж тиску водню На більше 100 кПа економічно не обґрунтоване - при збільшенні тиску процес відновлення молібдену, практично не прискорюється і якість поверхні каркасу не покращується Нагрівання каркасу на першій стадії до температури нижче 500°С не забезпечує протікання МоО 3 + Н 2 о МоО 2 + Н2О, о п п о „ J l l l реакції ' а вище 600 С починається реакція МоО2+2Н2=Мо+2Н2О, тому оптимальною на першій стадії є температура 500 600°С Підвищення ж температури на другій стадії вище 1100°С економічно не виправдане, оскільки якість поверхні каркасу при цьому не покращується Відновлення каркасу з ренію виконують відпалюванням у вакуумі при тиску 5x10 5 5x10 6 МПа при температурі 750 1100°С протягом 50 70 хвилин Поріг змочування ренію сплавами (In-Ga-Sn) у вакуумі належить до інтервалу температур 750 900°С в якому кут змочування 6° зменшується від 100° до 15°, при 1100°С кут 6° становить 10 15°, що є достатнім для просочування пористого каркасу з ренію легкоплавкими металами і сплавами (In-Ga-Sn) Відновлення каркасу з ніобію виконують відпалюванням у вакуумі при тиску 5x10 5 5x10 6 МПа при температурі 850 1100°С протягом 50 70 хвилин При дослідженні поверхневих властивостей при змочуванні Nb сплавами (In-Ga-Sn) у вакуумі в інтервалі температур 700 850°С існує поріг змочування, де кут змочування 6° змінюється від 110° до 20°, при 1100°С він становить 10 15°, що є достатнім для просочування пористого каркасу з ніобію легкоплавкими металами In, Ga, Sn Відновлення каркасу з танталу виконують відпалюванням у вакуумі при тиску 5х10 5 -5х10 6 МПа при температурі 750 1100°С протягом 50 70 хвилин Поріг змочування танталу сплавами (In-Ga-Sn) належить до інтервалу температур 750 850°С, в якому кут змочування 9° зменшується від 120° до 20° 15°, що є достатньою умовою для просочування пористого каркасу з танталу легкоплавкими ме талами і сплавами (In-Ga-Sn) Рідинно-металевий композиційний контакт показаний на схематичному кресленні Рідиннометалевий композиційний контакт містить пористий каркас 1, виготовлений з дроту тугоплавкого матеріалу у вигляді тканини організованої структури типа "еластик", що просочений легкоплавким металом або сплавом 2 Каркас 1 після пресування має форму пружного циліндра, один торець якого призначений для з'єднання з токопідводом, а другий - для контактування з другим тотожним йому контактом (на кресленні не показано) Пропонований контакт працює так Частину контакту закріплюють у контактоутримувачі (на кресленні не показаний) Друга частина контакту є контактуючою і в парі з тотожним контактом забезпечує пропускання і комутацію електричного струму, зберігаючи при цьому всі переваги рідинно-металевого композиційного контакту, щонайперше, суцільність контактування поверхонь контактів Приклад 1 З дроту діаметром 50 мкм з вольфраму (чистотою 99,9%) виготовляли тканину у вигляді смуги організованої структури типу "еластик" шириною 50 90 мм Загадану смугу промивали послідовно у гасі, ацетоні, у 5% розчині лугу NaOH на водяній бані протягом 1 години та наступного промивання у дистильованій воді Смугу скручували у циліндричну заготовку діаметром ЗО мм, встановлювали її у матрицю і пресували при тиску 850 МПа до одержання каркасу 1 потрібних габаритів - діаметр 27 і висота 6 мм Одержаний каркас 1 відновлювали у середовищі гідридного водню, який одержували у вакуумній печі з гідриду титану Гідрид титану ТіЬЬ розташовували безпосередньо біля каркасу 1 у вакуумній печі Процес відновлення виконували при тиску 60 кПа у дві стадії - на першій каркас 1 нагрівали до температури 700°С і витримували протягом 60 хвилин, а на другій - до температури 850°С і витримували 60 хвилин Одержаний відновлений каркас 1 у вакуумній печі при температурі 850 950°С просочували легкоплавким сплавом In-Ga-Sn протягом ЗО хвилин Одержаний контакт використовували у парі з тотожним контактом у контакторі для забезпечення пропускання і комутацію електричного струму Приклад 2 З дроту діаметром 50 мкм з вольфраму (чистотою 99,9%) виготовляли тканину у вигляді смуги організованої структури типу "еластик" шириною 50 90мм Виконували операції по знежирюванню, відпалюванню смуги і просочуванню каркасу, як і у прикладі 1, а процес відновлення каркасу виконували при тиску 60 кПа у одну стадію - каркас 1 нагрівали до температури від 500°С до температури 850°С із швидкістю 10° за хвилину Приклад З З дроту діаметром 50 мкм з молібдену (чистотою 99,9%) виготовляли тканину у вигляді смуги організованої структури типу "еластик"Виконували операції по знежирюванню і відпалюванню, як і в прикладі 1 Загадану смугу скручували у циліндричну заготовку діаметром ЗО мм, встановлювали її у матрицю і пресували при тиску 700 МПа до одержання каркасу 1 потрібних габаритів - діаметр 27 і 62376 8 висота 6 мм Одержаний каркас 1 відновлювали у середовищі гідридного водню, який одержували у вакуумній печі з гідриду титану (ТіЬЬ) Гідрид титану розташовували безпосередньо біля каркасу 1 у вакуумній печі Процес відновлення виконували при тиску 60 кПа у дві стадії - на першій каркас 1 нагрівали до температури 550°С і витримували протягом 60 хвилин, а на другій - до температури 1100°С і витримували 60 хвилин Одержаний відновлений каркас 1 у вакуумній печі при температурі 750 1000°С просочували легкоплавким сплавом ІпGa-Sn протягом ЗО хвилин Приклад 4 З дроту діаметром 50 мкм з молібдену (чистотою 99,9%) виготовляли тканину у вигляді смуги організованої структури типу "еластик" шириною 50 90 мм Виконували операції по знежирюванню, відпалюванню смуги і просочуванню каркасу, як і у прикладі 1, а процес відновлення каркасу виконували при тиску 60 кПа у одну стадію - каркас 1 нагрівали до температури від 550°С до температури 850°С із швидкістю 10°С за хвилину Приклад 5 З дроту діаметром 50 мкм з ніобію (чистоти 99,9%) виготовляли тканину у вигляді смуги організованої структури типу "еластик" Виконували операції по знежирюванню і відпалюванню, як і в прикладі 1 Загадану смугу скручували у циліндричну заготовку діаметром ЗО мм, встановлювали її у матрицю і пресували при тиску 700 МПа до одержання каркасу 1 потрібних габаритів - діаметр 27 і висота 6 мм Одержаний каркас 1 відновлювали у вакуумі при тиску 5x10 5 5x10 6 МПа при температурі 750 1100°С протягом 50 70 хвилин Одержаний відновлений каркас 1 у вакуумній печі при температурі 750 1000°С просочували легкоплавким сплавом In-Ga-Sn протягом ЗО хвилин Приклад 6 З дроту діаметром 50 мкм з ренію (чистотою 99,9%) виготовляли тканину у вигляді смуги організованої структури типу "ластик" Виконували операції по знежирюванню і відпалюванню смуги, як і в прикладі 1 Загадану смугу скручували у циліндричну заготовку діаметром ЗО мм, встановлювали її у матрицю і пресували при тиску 700 МПа до одержання каркасу 1 потрібних габаритів - діаметр 27 і висота 6 мм Одержаний каркас 1 відновлювали відпалюванням у вакуумі при тиску 5x10 5 5x10 6 МПа шляхом його до температури 800°С протягом 50 70 хвилин Одержаний відновлений каркас 1 у вакуумній печі при температурі 750 1000°С просочували легкоплавким сплавом In-Ga-Sn протягом ЗО хвилин Приклад 7 З дроту діаметром 50 мкм з танталу (чистотою 99,9%) виготовляли тканину у вигляді смуги організованої структури типу "ластик" Виконували операції по знежирюванню і відпалюванню смуги, як і в прикладі 1 Загадану смугу скручували у циліндричну заготовку діаметром ЗО мм, встановлювали її у матрицю і пресували при тиску 700МПа до одержання каркасу 1 потрібних габаритів - діаметр 27 і висота 6 мм Одержаний каркас 1 відновлювали відпалюванням у вакуумі при тиску 5x10 5 5x10 6 МПа шляхом його нагрівання від 750 до 1100°С з швидкістю нагрівання 10°С/хвилину протягом 62376 10 50 70 хвилин Одержаний відновлений каркас 1 у Киев Наукова Думка -1977 -С 33-40] вакуумній печі при температурі 850 1100°С просоЗа рахунок створення умов для застосування чували легкоплавким сплавом In-Ga-Sn протягом ЗО гідридного водню у прикладах 1, 2 і 3 і операції відхвилин новлення відпалюванням у прикладах 4, 5, 6 і 7 вдалося відновити каркас 1, виготовлений з тугопРоботи виконували у вакуумній печі "Установки лавкого металу, від окислів, що дозволило підвидля визначення поверхневих якостей і ЩІЛЬНОСТІ щити адгезію легкоплавкого сплаву до матеріалу розплавів з напівавтоматичним поданням зразків до каркасу 1 і тим самим забезпечило одержання якісзони нагрівання" [див Сб Методы исследований и ного рідинно-металевого композиційного контакту свойств границ раздела контактирующих фаз Комп'ютерна верстка М Клюкш Підписне Тираж 39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119