Разработка конструкции и технологии вакуумной пайки керамических изоляторов герметичных кабельных модулей

• Автор: Калиниченко, Борис Борисович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Благовещенск
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Глава 1. Анализ конструкций и методов герметизации кабельных проходок

1.1 Изучение и анализ конструкций герметичных кабельных проходок

1.2. Герметизация металлокерамическими элементами

1.3. Радиационная стойкость электроизоляционных материалов и метал-

лов.

1.4. Способы соединения металлов с керамикой

1.4.1. Пайка металла к керамике по классической технологии

1.5 Выводы по первой главе

ГЛАВА 2 Методика исследования

2.1 Характеристика объекта исследования

2.2 Установка для металлизации керамики 22ХС
2.3 Подготовка образцов для исследования
2.3.1 Изготовление изоляторов из керамики 22ХС
2.4. Методика исследования газопроницаемости кабелей с минеральной изоляцией без керамических изоляторов.
2.5. Метод растровой электронной микроскопии
2.5.1 Сканирование
2.5.2. Построение изображения
2.6. Методика испытания кабельных модулей на герметичность
2.7. Методика испытания изоляции герметичных модулей
2.8. Метод температурно-программируемой десорбции
2.9. Выводы к главе 2
Глава 3 Технология изготовления и исследование эксплуатационных ха-

рактеристик кабельных модулей с керамическими изоляторами
3.1. Технология изготовления и пайки герметичных модулей
3.1.1 Предварительный обжиг изоляторов из оксидной керамики
3.1.2 Окончательный обжиг изоляторов

3.1.3 Металлизация керамических изоляторов в зоне пайки активным металлом
3.2 Изучение процесса газовыделения и выбор температуры отжига кабелей перед вакуумной пайкой
3.3 Пайка изоляторов из оксидной керамики 22ХС к кабелям с минеральной изоляции в металлической оболочке
3.4 Испытания кабельных модулей
3.4.1 Испытания на газопроницаемость и контроль электрического сопротивления изоляции кабельных модулей
3.4.2 Измерение газопроницаемости кабелей с магнезиальной изоляцией для гермовводов ВГКК
3.4.3 Исследование электрического сопротивления изоляции кабельных модулей с керамическими изоляторами в зависимости от температуры
3.4.4 Испытание кабельных модулей повышенным напряжением загерметизированных по различной технологии
3.4.5 Испытание кабельных модулей на воздействие термических циклов
3.5 Эксплуатационные и климатические испытания кабельных модулей с металлокерамическими изоляторами
3.6 Выводы к третьей главе
Общие выводы к диссертационной работе Список литературы.
Приложение

Актуальность темы
Проблема надежности и безопасности атомных электростанций возникла с самого зарождения атомной энергетики, и по сей день является актуальной. В разных странах ведутся разработки герметичных вводов в герметичную зону первого контура АЭС, представляющую собой купол из железобетона или стали расположенного над атомным реактором и первым контуром теплоносителя. Герметичные кабельные вводы защищают “чистую” зону от вредных выбросов при нормальной работе реактора, и при разных аварийных ситуациях таких, как “малая” или “большая” авария, сейсмические воздействия, пожар и.т.д. Существует множество конструкторских разработок герметичных кабельных вводов, в основе которых лежат кабели с полимерной изоляцией, которые удобны при изготовлении изделия, обладают достаточно большой эластичностью, но имеют ряд существенных недостатков. Кабели с полимерной изоляцией не имеют продольной герметичности, что повышает требования к концевым заделкам, и не стойки к воздействиям радиации и высоких температур. Под действием радиации в полимерной изоляции происходит выделение газов, что приводит к разрушению герметичного ввода. Для герметичных проходок ВГКК-194-1-144-4.0-1500-04 мы используем кабели КНМС с минеральной изоляцией обладающие продольной герметичностью. Концевую заделку осуществляем изоляторами из высокоглиноземистой керамики 22ХС, которая обладает рядом положительных свойств. Таких свойств, как коррозионная, радиационная, химическая и фрикционная стойкость. Керамика с высоким содержанием А1203 имеет высокие диэлектрические и механические характеристики, устойчива к высокотемпературному окислению и т.д.
Однако высокоглиноземистая керамика обладает рядом недостатков, таких, как неустойчивость к тепловым ударам, плохая обрабатываемость и низкая смачиваемость припоями, поэтому при практическом применении керамических изоляторов в качестве концевых заделок кабелей возникают определенные трудности.

третий легирующий элемент, который повышает активность основного активного элемента. В данном случае, сохраняя хорошую смачиваемость, удается сократить количество активного элемента. Примером может послужить добавление Бп в паяющую систему Си - П, что приводит к сохранению хорошего уровня смачиваемости при сокращении П до 3%.
В работе [96-99] рассматривается способ соединения металла с керамикой методом активной пайки с применением паяющей системы на основе Ag-Cu-Ti, в котором предлагается следующее соотношение компонентов системы: Активный металл (17 или 7г) от 0,1 до 3 % весового состава, медь от 10 до 49 %, серебро от 50 до 89%. Соединение металла с керамикой осуществляется в вакуумной печи или в атмосфере водорода при температуре от 780°С до 900°С.
Основным достоинством способа активной пайки является получение соединения металла с керамикой однократным нагревом, что сокращает число технологических операций при серийном производстве металлокерамических соединений. Недостатком данного способа является повышенное газо-выделение из-за присутствия примесей в активном припое, что отрицательно сказывается на качестве вакуумплотного соединения металла с керамикой. Однако, данная проблема решается с помощью предварительной термообработки компонентов паяющей системы, которая производится в вакууме
1,3 4 О'3 Па или в атмосфере инертного газа. Особенно нежелательно присутствие во время пайки кислорода, окиси углерода, углекислого газа.
Из рассмотренного материала видно, что при введении активного металла в припой происходит смачивание поверхности керамики, но при этом титан растворяясь в припое образует хрупкие интерметалиды ухудшающие пластичность и создающие условия для разрушения металлокерамического соединения, поэтому при создании металлокерамического соединения целесообразно наносить активный металл на поверхность керамики в качестве металлизирующего слоя, что дает возможность пайки металла с керамикой системой AgCu. Данный способ дает возможность регулировать растворение