(1) Soldeereigenschappen: de problemen die optreden bij polykristallijn solderen met grafiet en diamant zijn zeer vergelijkbaar met die bij keramisch solderen. Vergeleken met metaal is soldeer moeilijk te bevochtigen met polykristallijne materialen met grafiet en diamant, en de thermische uitzettingscoëfficiënt verschilt sterk van die van algemene structurele materialen. Beide materialen worden direct aan de lucht verhit en oxidatie of carbonisatie treedt op wanneer de temperatuur 400 °C overschrijdt. Daarom moet vacuümsolderen worden toegepast, waarbij de vacuümgraad niet lager mag zijn dan 10-1 Pa. Omdat de sterkte van beide materialen niet hoog is, kunnen er scheuren ontstaan als er thermische spanning optreedt tijdens het solderen. Probeer soldeermateriaal te selecteren met een lage thermische uitzettingscoëfficiënt en houd de afkoelsnelheid strikt in de gaten. Omdat het oppervlak van dergelijke materialen niet gemakkelijk bevochtigd kan worden met gewone soldeermaterialen, kan een laag van 2,5 tot 12,5 µm dik W, Mo en andere elementen worden afgezet op het oppervlak van grafiet- en diamantpolykristallijne materialen door oppervlaktemodificatie (vacuümcoating, ionensputteren, plasmaspuiten en andere methoden) vóór het solderen en daarmee de overeenkomstige carbiden vormen, of er kunnen soldeermaterialen met een hoge activiteit worden gebruikt.
Grafiet en diamant bestaan in vele kwaliteiten, die verschillen in deeltjesgrootte, dichtheid, zuiverheid en andere aspecten, en hebben verschillende soldeereigenschappen. Bovendien neemt de slijtageverhouding van polykristallijn diamant af zodra de temperatuur boven de 1000 °C komt, en neemt de slijtageverhouding met meer dan 50% af wanneer de temperatuur boven de 1200 °C komt. Daarom moet bij het vacuümsolderen van diamant de soldeertemperatuur onder de 1200 °C worden gehouden en mag de vacuümdruk niet lager zijn dan 5 × 10-2 Pa.
(2) De keuze van het soldeermateriaal is voornamelijk gebaseerd op het gebruik en de oppervlaktebehandeling. Bij gebruik als hittebestendig materiaal moet het soldeermateriaal met een hoge soldeertemperatuur en goede hittebestendigheid worden geselecteerd; voor chemisch corrosiebestendige materialen worden soldeermaterialen met een lage soldeertemperatuur en goede corrosiebestendigheid geselecteerd. Voor het grafiet na oppervlaktemetallisatiebehandeling kan puur kopersoldeer met hoge ductiliteit en goede corrosiebestendigheid worden gebruikt. Actief soldeer op zilver- en koperbasis heeft een goede bevochtigbaarheid en vloeibaarheid voor grafiet en diamant, maar de gebruikstemperatuur van de soldeerverbinding is moeilijk te overschrijden boven 400 ℃. Voor grafietcomponenten en diamantgereedschappen die worden gebruikt tussen 400 ℃ en 800 ℃, worden gewoonlijk vulmetalen op goud-, palladium-, mangaan- of titaniumbasis gebruikt. Voor verbindingen die worden gebruikt tussen 800 ℃ en 1000 ℃, moeten vulmetalen op nikkel- of boorbasis worden gebruikt. Wanneer grafietcomponenten boven 1000 ℃ worden gebruikt, kunnen zuivere metaalvulmetalen (Ni, PD, Ti) of gelegeerde vulmetalen die molybdeen, Mo, Ta en andere elementen bevatten die met koolstof carbiden kunnen vormen, worden gebruikt.
Voor grafiet of diamant zonder oppervlaktebehandeling kunnen de actieve vulmetalen in tabel 16 worden gebruikt voor direct solderen. De meeste van deze vulmetalen zijn binaire of ternaire legeringen op basis van titanium. Zuiver titanium reageert sterk met grafiet, wat een zeer dikke carbidelaag kan vormen, en de lineaire uitzettingscoëfficiënt verschilt aanzienlijk van die van grafiet, dat gemakkelijk scheuren veroorzaakt en daarom niet als soldeer kan worden gebruikt. De toevoeging van Cr en Ni aan Ti kan het smeltpunt verlagen en de bevochtigbaarheid met keramiek verbeteren. Ti is een ternaire legering, voornamelijk samengesteld uit TiZr, met de toevoeging van TA, Nb en andere elementen. Het heeft een lage lineaire uitzettingscoëfficiënt, wat de soldeerspanning kan verminderen. De ternaire legering, voornamelijk samengesteld uit TiCu, is geschikt voor het solderen van grafiet en staal en de verbinding heeft een hoge corrosiebestendigheid.
Tabel 16 soldeervulmetalen voor direct solderen van grafiet en diamant
(3) Soldeerproces: de soldeermethoden van grafiet kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën: solderen na oppervlaktemetallisatie en solderen zonder oppervlaktebehandeling. Ongeacht welke methode wordt gebruikt, moet het laswerk vóór de montage worden voorbehandeld en moeten oppervlakteverontreinigingen van grafietmaterialen worden verwijderd met alcohol of aceton. Bij oppervlaktemetallisatiesolderen wordt een laag Ni, Cu of een laag Ti, Zr of molybdeendisilicide op het grafietoppervlak aangebracht door middel van plasmaspuiten, waarna koper- of zilverhoudend vulmetaal wordt gebruikt voor het solderen. Direct solderen met actief soldeer is momenteel de meest gebruikte methode. De soldeertemperatuur kan worden gekozen op basis van het soldeer in tabel 16. Het soldeer kan in het midden van de soldeerverbinding of nabij één uiteinde worden geklemd. Bij solderen met een metaal met een hoge thermische uitzettingscoëfficiënt kan Mo of Ti met een bepaalde dikte worden gebruikt als tussenliggende bufferlaag. De overgangslaag kan plastische vervorming veroorzaken tijdens het solderen, thermische spanning absorberen en grafietscheuren voorkomen. Mo wordt bijvoorbeeld gebruikt als overgangsverbinding voor vacuümsolderen van grafiet- en hastelloyncomponenten. B-pd60ni35cr5 soldeer met een goede weerstand tegen corrosie door gesmolten zout en straling wordt gebruikt. De soldeertemperatuur is 1260 °C en deze temperatuur wordt 10 minuten gehandhaafd.
Natuurlijke diamant kan direct worden gesoldeerd met b-ag68.8cu16.7ti4.5, b-ag66cu26ti8 en andere actieve soldeermiddelen. Het solderen moet worden uitgevoerd onder vacuüm of met een lage argonbescherming. De soldeertemperatuur mag niet hoger zijn dan 850 °C en er moet een hogere verwarmingssnelheid worden gekozen. De houdtijd bij de soldeertemperatuur mag niet te lang zijn (over het algemeen ongeveer 10 seconden) om de vorming van een continue tic-laag op het grensvlak te voorkomen. Bij het solderen van diamant en gelegeerd staal moet een kunststof tussenlaag of een laag met lage expansielegering worden toegevoegd voor de overgang om beschadiging van de diamantkorrels door overmatige thermische belasting te voorkomen. Het draai- of boorgereedschap voor ultraprecieze bewerking wordt vervaardigd door middel van een soldeerproces, waarbij 20 tot 100 mg kleine diamantdeeltjes op de stalen behuizing worden gesoldeerd, waardoor de lassterkte van de soldeerverbinding 200 tot 250 MPa bereikt.
Polykristallijn diamant kan worden gesoldeerd met een vlam, hoge frequentie of vacuüm. Hoogfrequent solderen of vlamsolderen wordt gebruikt voor het zagen van diamantcirkelzaagbladen in metaal of steen. Ag Cu Ti actief soldeervulmetaal met een laag smeltpunt moet worden geselecteerd. De soldeertemperatuur moet onder de 850 ℃ worden gehouden, de verwarmingstijd mag niet te lang zijn en er moet een langzame afkoelsnelheid worden gebruikt. Polykristallijne diamantboren die worden gebruikt in de petroleum- en geologische boringen hebben slechte werkomstandigheden en dragen enorme stootbelastingen. Nikkelgebaseerd soldeervulmetaal kan worden geselecteerd en zuiver koperfolie kan worden gebruikt als tussenlaag voor vacuümsolderen. Bijvoorbeeld, 350 ~ 400 capsules Ф 4,5 ~ 4,5 mm zuilvormig polykristallijn diamant worden gesoldeerd in de perforaties van 35CrMo of 40CrNiMo staal om snijtanden te vormen. Er wordt gebruikgemaakt van vacuümsolderen, waarbij de vacuümgraad niet lager is dan 5 × 10-2Pa, de soldeertemperatuur 1020 ± 5 ℃, de houdtijd 20 ± 2 min en de schuifsterkte van de soldeerverbinding groter is dan 200 MPa.
Tijdens het solderen moet het eigen gewicht van de las zoveel mogelijk worden gebruikt voor montage en positionering, zodat het metalen onderdeel het grafiet of polykristallijne materiaal aan de bovenkant aandrukt. Bij gebruik van de mal voor positionering moet het malmateriaal een materiaal zijn met een thermische uitzettingscoëfficiënt die vergelijkbaar is met die van de las.
Plaatsingstijd: 13 juni 2022