Пайка графіту з графітом і графіту зі сталями

Пайка графіту з графітом і графіту зі сталями

З'єднання графіту зі сталями дає більш широке застосування унікальних властивостей графіту. Прикладами таких конструкцій можуть бути довгомірні нагрівачі, тепловиділяючі елементи, високотемпературні теплообмінники. Сам по собі він досить крихкий матеріал і в деяких місцях доречно його з'єднання з металами.

Пайка графіту є достатньо технологічним методом з'єднання і забезпечує високоміцні, електропровідні і герметичні з'єднання. Для отримання якісних з'єднань може застосовуватися капілярна, контактно-реакційна та дифузійна пайка.

Краще інших графіт змочується тугоплавкими металами такими, як молібден, вольфрам, гафній, ніобій ванадій, титан, цирконій, кремній. Найбільш складним і відповідальним процесом пайки є просочення графіту припоєм. Слід зазначити, що в основному, можлива пайка тільки високопористих графітів, т. до. у високоякісних конструкційних графітів досить низький відсоток відкритих пор і їх розмір дуже малий від 1 до 10 мкм. Тому пайка конструкційних графітів процес досить технологічно складний і дорогий. При пайку графіту утворюється металевий каркас, який і визначає міцність паяного з'єднання.

Також труднощі з'єднання графітів з металами обумовлена різними коефіцієнтами температурного лінійного розширення, тому при пайці, припій підбирається з максимально близькі КТЛР, якщо КТЛР буде сильно відрізнятися, то місце просочення графіту припоєм може бути зруйновано. Крім того, зварювану конструкцію, слід проектувати таким чином, щоб на місце спайки діяли в основному стискаючі навантаження. Глибина проникнення припою в графіт і межа міцності паянного на розрив безпосередньо залежать від зусилля стиснення в процесі пайки.

Оптимальною температурою пайки є 1150-1200 С в атмосфері захисних газів.

При контактно-реакційної пайку відбувається дифузія компонентів у зоні спаю з утворенням прикордонних шарів складаються з карбідів одержані в результаті карбидизации найбільш активних металів припою з вуглецем графітової деталі.

Контактно-реакційна пайка проводиться для графітів з щільністю від 1,6 до 1,9 г/см3 і низьковуглецевих сталей. Підйом температури здійснюється зі швидкістю більше 100 градусів С в хвилину до температури 1200 З, витримкою при цій температурі протягом 1-2 хв і охолодженням паяного з'єднання разом з піччю.

Часто при виготовленні підп'ятників, торцевих ущільнень, радіально-упорних підшипників необхідно виробляти пайку низькотемпературним методом для цього застосовують припої на основі олова, свинцю, сурми, вісмуту і кадмію. Однак, ці метали зовсім не змочують чистий графіт, тому для пайки такими припоями необхідні буферні шари. В якості таких шарів використовують мідні, мідно-нікелеві і нікелеві покриття. Низькотемпературну пайку графіту через буферні покриття ведуть при температурі допустимої для певних типів припоїв. Найчастіше температурний діапазон припоїв на основі легкоплавких припоїв 200-250 З

Для виготовлення окремих елементів вузлів ядерних реакторів, а також приєднання графітових електродів до струмоведучих частин часто застосовується високотемпературна пайка. Наприклад, для пайки графіту з нікель-кобальтовим сплавом рекомендується застосування припою з великим коефіцієнтом термічного лінійного розширення ніж графіту. В результаті просочення графіту припоєм з великим КТЛР при охолодженні в графіті виникають напруження стиску, що веде до можливості застосування такого з'єднання при підвищеному межі міцності при стисненні.