(1) Soldeereigenschappen: de problemen bij het solderen van grafiet en diamantpolykristallijn materiaal lijken sterk op die bij het solderen van keramiek. In vergelijking met metaal is soldeer moeilijk te bevochtigen op grafiet en diamantpolykristallijn materiaal, en de thermische uitzettingscoëfficiënt is heel anders dan die van gangbare constructiematerialen. Beide materialen worden direct in de lucht verhit, en oxidatie of carbonisatie treedt op wanneer de temperatuur boven de 400 ℃ komt. 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 tijdens het solderen thermische spanning optreedt. Probeer een soldeermetaal te kiezen met een lage thermische uitzettingscoëfficiënt en controleer de afkoelsnelheid strikt. Omdat het oppervlak van dergelijke materialen niet gemakkelijk bevochtigd wordt door gewone soldeerlegeringen, kan een laag van 2,5 tot 12,5 µm dik W, Mo en andere elementen op het oppervlak van grafiet en polykristallijne diamantmaterialen worden aangebracht door middel van oppervlaktemodificatie (vacuümcoating, ionensputteren, plasmaspuiten en andere methoden) vóór het solderen, waarmee overeenkomstige carbiden worden gevormd. Alternatief kunnen soldeerlegeringen met een hoge activiteit worden gebruikt.
Grafiet en diamant kennen vele kwaliteiten, die verschillen in deeltjesgrootte, dichtheid, zuiverheid en andere aspecten, en die daardoor verschillende soldeereigenschappen hebben. Bovendien begint de slijtage van polykristallijn diamant af te nemen als de temperatuur boven de 1000 ℃ komt, en daalt deze met meer dan 50% wanneer de temperatuur boven de 1200 ℃ komt. Daarom moet bij vacuümsolderen van diamant de soldeertemperatuur onder de 1200 ℃ worden gehouden en mag de vacuümgraad niet lager zijn dan 5 × 10⁻² Pa.
(2) De keuze van het soldeermateriaal is hoofdzakelijk gebaseerd op het gebruik en de oppervlaktebehandeling. Wanneer het materiaal als hittebestendig materiaal wordt gebruikt, moet een soldeermateriaal met een hoge soldeertemperatuur en goede hittebestendigheid worden gekozen; voor chemisch corrosiebestendige materialen worden soldeermaterialen met een lage soldeertemperatuur en goede corrosiebestendigheid gekozen. Voor grafiet na oppervlaktemetallisatie kan zuiver kopersoldeer met een hoge ductiliteit en goede corrosiebestendigheid worden gebruikt. Actief soldeer op zilver- en koperbasis heeft een goede bevochtigbaarheid en vloeibaarheid ten opzichte van grafiet en diamant, maar de bedrijfstemperatuur van de gesoldeerde verbinding mag moeilijk boven de 400 ℃ komen. Voor grafietcomponenten en diamantgereedschappen die tussen 400 ℃ en 800 ℃ worden gebruikt, worden gewoonlijk soldeermaterialen op goud-, palladium-, mangaan- of titaniumbasis gebruikt. Voor verbindingen die tussen 800 ℃ en 1000 ℃ worden gebruikt, moeten soldeermaterialen op nikkel- of boorbasis worden gebruikt. Bij gebruik van grafietcomponenten boven 1000 ℃ kunnen zuivere metaalvullers (Ni, PD, Ti) of legeringen die molybdeen, Mo, Ta en andere elementen bevatten die carbiden met koolstof 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, waardoor een zeer dikke carbidelaag kan ontstaan. De lineaire uitzettingscoëfficiënt van titanium verschilt aanzienlijk van die van grafiet, waardoor gemakkelijk scheuren ontstaan en het 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 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: soldeermaterialen voor het direct solderen van grafiet en diamant.
(3) Soldeerproces De soldeermethoden voor grafiet kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën: solderen na oppervlaktemetallisatie en solderen zonder oppervlaktebehandeling. Ongeacht de gebruikte methode moet de lasverbinding vóór de montage worden voorbehandeld en moeten de oppervlakteverontreinigingen van het grafietmateriaal worden verwijderd met alcohol of aceton. Bij solderen met oppervlaktemetallisatie wordt een laag Ni, Cu of een laag Ti, Zr of molybdeendisilicide op het grafietoppervlak aangebracht door middel van plasmaspuiten, waarna een koperhoudend 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 zoals vermeld in tabel 16. Het soldeer kan in het midden van de soldeerverbinding of nabij een uiteinde worden aangebracht. Bij solderen met een metaal met een grote thermische uitzettingscoëfficiënt kan Mo of Ti met een bepaalde dikte als tussenlaag worden gebruikt. De overgangslaag kan tijdens het solderen plastische vervorming ondergaan, thermische spanning absorberen en scheuren in het grafiet voorkomen. Zo wordt molybdeen (Mo) bijvoorbeeld gebruikt als overgangslaag bij het vacuümsolderen van grafiet- en hastelloyn-componenten. Er wordt gebruik gemaakt van B-pd60ni35cr5-soldeer met een goede weerstand tegen corrosie door gesmolten zouten en straling. De soldeertemperatuur bedraagt 1260 ℃ en wordt gedurende 10 minuten aangehouden.
Natuurlijk diamant kan direct gesoldeerd worden met B-AG68.8Cu16.7Ti4.5, B-AG66Cu26Ti8 en andere actieve soldeerlegeringen. Het solderen moet onder vacuüm of met een lage argondruk plaatsvinden. De soldeertemperatuur mag niet hoger zijn dan 850 °C en er moet een snelle opwarmingssnelheid worden gekozen. De verblijftijd op de soldeertemperatuur mag niet te lang zijn (doorgaans 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 van een legering met lage uitzettingscoëfficiënt worden toegevoegd om beschadiging van de diamantkorrels door overmatige thermische spanning te voorkomen. Draai- of boorgereedschappen voor ultraprecisiebewerking worden vervaardigd door middel van solderen, waarbij 20 tot 100 mg kleine diamantdeeltjes op het stalen lichaam worden gesoldeerd en de verbindingssterkte van de soldeerverbinding 200 tot 250 MPa bedraagt.
Polykristallijn diamant kan worden gesoldeerd met een vlam, hoge frequentie of vacuüm. Hoogfrequent solderen of vlamsolderen wordt toegepast voor het zagen van metaal of steen met een diamantcirkelzaagblad. Er moet een actief AgCuTi-soldeermetaal met een laag smeltpunt worden gekozen. De soldeertemperatuur moet onder de 850 °C worden gehouden, de verwarmingstijd mag niet te lang zijn en er moet een langzame afkoelsnelheid worden aangehouden. Polykristallijne diamantboren die worden gebruikt bij aardolie- en geologische boringen hebben zware werkomstandigheden en moeten enorme schokbelastingen weerstaan. Er kan een soldeermetaal op nikkelbasis worden gekozen en zuivere koperfolie kan als tussenlaag worden gebruikt bij vacuümsolderen. Bijvoorbeeld: 350 tot 400 capsules van Ф 4,5 tot 4,5 mm kolomvormig polykristallijn diamant worden in de perforaties van 35CrMo- of 40CrNiMo-staal gesoldeerd om snijtanden te vormen. Er wordt gebruikgemaakt van vacuümsolderen, waarbij de vacuümgraad niet lager is dan 5 × 10⁻² Pa, de soldeertemperatuur 1020 ± 5 ℃ bedraagt, de verblijftijd 20 ± 2 min is en de afschuifsterkte van de soldeerverbinding groter is dan 200 MPa.
Tijdens het solderen moet het eigen gewicht van de lasverbinding zoveel mogelijk worden gebruikt voor de montage en positionering, zodat het metalen onderdeel het grafiet of polykristallijne materiaal aan de bovenzijde aandrukt. Bij gebruik van een opspaninrichting voor de positionering moet het materiaal van de opspaninrichting een thermische uitzettingscoëfficiënt hebben die vergelijkbaar is met die van de lasverbinding.
Geplaatst op: 13 juni 2022