Теплофизические процессы при лазерной пайке керамики с металлом

• Автор: Швайка, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Благовещенск
• Количество страниц: 119 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПАЙКИ МЕТАЛЛА С КЕРАМИКОЙ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1. Получение металлокерамических соединений

1.1.1. Молибдено-марганцевая технология

1.1.2. Диффузионная сварка

1.1.3. Применение активных металлов

1.1.4. Использование высококонцентрированных потоков энергии

1.2. Лазерная пайка керамики с металлом

1.3. Особенности процессов поглощения лазерного излучения соединяемыми материалами

1.4. Моделирование теплофизических задач
1.4.1. Аналитические методы расчета тепловых полей в материалах
1.4.2. Численные методы решения тепловых задач
1.4.3. Процессы излучения и конвекции
1.4.4. Модельные представления неидеального контакта многослойных соединений
1.5. Выводы и постановка задачи исследования
ГЛАВА 2 . ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Материалы, применяемые для соединения керамики с металлами
2.2. Методы исследований
2.2.1. Микрорентгеноспектральный анализ и растровая электронная микроскопия
2.2.2. Установка для исследования тепловых полей
2.3. Экспериментальный лазерный технологический
комплекс
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ЛАЗЕРНОЙ ПАЙКИ КЕРАМИКИ С МЕТАЛЛОМ
3.1. Тепловая модель плоского многослойного металлокерамического соединения с нелинейными краевыми условиями III-го и 1У-го рода
3.2. Моделирование тепловых полей в конусном
охватывающем металлокерамическом соединении
3.3. Адекватность модели
3.4. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ ПРИ ЛАЗЕРНОЙ ПАЙКЕ КОНУСНОГО ОХВАТЫВАЮЩЕГО МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОГО УЗЛА
4.1. Методика экспериментального определения температур металлокерамического соединения
4.2. Формирование тепловых полей при лазерной пайке
4.3. Выводы по главе
ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1. Исследование переходной зоны металлокерамического соединения методами микрорентгеноспектрального анализа и растровой электронной микроскопии
5.2. Исследование прочностных характеристик соединений ИПН-
5.3. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Соединения технической керамики на основе А1203 с металлическими материалами нашли широкое применение в электронике, электротехнике, атомной энергетике и других областях промышленности.
В зависимости от условий эксплуатации к получаемым изделиям предъявляются высокие требования по прочности, надежности, химической, тепловой и радиационной стойкости .
Современные технологии получения металлокерамических узлов (МКУ), как правило, основаны на многократном и длительном нагреве всего изделия в вакууме или инертных средах. Хрупкость, малая теплопроводность и неустойчивость к тепловым ударам керамических материалов создает необходимость увеличения времени пайки. Чрезвычайно трудоемким считается процесс приготовления металлизаци-онных суспензий, паст, а так же получения металлизаци-онных покрытий на керамике. Поэтому существующие традиционные способы соединения керамики с металлом многоступенчаты.
Применение лазерного излучения для производства металлокерамических соединений (МКС) позволяет значительно сократить процесс во времени и вести пайку на воздухе. Благодаря высокой концентрации больших энергий на малых поверхностях обеспечивается локальность процесса нагрева с минимальным нарушением исходной структуры материала в зоне термического влияния.
К преимуществам способа лазерной пайки. относится возможность фокусирования излучения простыми оптически-
1.4.3. Процессы излучения и конвекции
При отсутствии поддува, уравнение конвективного тей;-
где Я - коэффициент удельной теплопроводности вещества, а- коэффициент конвекции, Гя - температура поверхности, Тс - температура среды (константа или слабоменяющаяся функция). Равномерный поддув обычно учитывают коррекцией коэффициента конвекции.
Теплоперенос излучением описывают законом Стефана-Больцмана. С учетом температуры среды он принимает вид
где Е - поток интегрального излучения, а - постоянная Стефана-Больцмана, е - степень черноты материала, Т„ -температура поверхности, Тс - температура среды.
При решении задачи методом итераций (последователь-' ных приближений) или численными методами, выражение
константу. Его значение берется из предыдущего временного шага (итерации) . Относительная погрешность линеаризации при Тп » Тс, Тп » АТ примерно равна
лопереноса записываются в виде граничного условия III
рода [79]:
(1.6)
[63] :
(1.7)
как правило, преобразуют к линеаризованному ви-
ду [79, 151] :
(1.8)
где второй множитель Гл3 +Т„ТС +ТпТ^ + Т* принимается за