СИНТЕЗ И СТРУКТУРА ПРИПОЯ Cu–Sn–Ti ДЛЯ ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННЫХ МИШЕНЕЙ: 10.25712/ASTU.1811-1416.2023.04.009

Борис Федорович  Демьянов; Алексей Гранитович  Никифоров; Михаил Дмитриевич Старостенков; Данила Алексеевич  Никифоров; Михаил Федорович  Блинов

Авторы

Борис Федорович Демьянов Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, пр. Ленина, 46, 656038, Барнаул, Россия
Алексей Гранитович Никифоров Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, пр. Ленина, 46, 656038, Барнаул, Россия
Михаил Дмитриевич Старостенков Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, пр. Ленина, 46, 656038, Барнаул, Россия https://orcid.org/0000-0002-6326-7613
Данила Алексеевич Никифоров Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, пр. Академика Лаврентьева, 11, 630090, Новосибирск, Россия https://orcid.org/0000-0002-6034-5778
Михаил Федорович Блинов Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, пр. Академика Лаврентьева, 11, 630090, Новосибирск, Россия

Ключевые слова:

электрон-позитронная мишень, ковар, карбид бора, фазовый состав, интерметаллид, эвтектика, микроструктура, микротвердость

Аннотация

Проведено исследование структуры и физико-механических свойств паяного соединения сплава 29НК (ковар) с керамикой В₄С. Разработана методика синтеза припоя Cu–Sn–Ti для изготовления электрон-позитронных мишеней ускорителей нового поколения. В среде GEANT4 проведено моделирование распределения тепловыделения в потоке жидкого свинца толщиной 28 мм для энергии первичного электронного пучка 6 ГэВ. Показано, что температура достигает максимальных значений вблизи выходного окна мишени. Приготовление припоя и пайка проводились в вакууме при давлении 10^-4 Па. Массовое соотношение компонентов припоя составляло: 73 % Cu, 18 % Sn, 9 % Ti. Максимальная температура при синтезе припоя 1100 °С. В процессе пайки образец нагревался до температуры 800 °С и выдерживался в течение 40 минут. Затем производился нагрев до температуры 950 °С, время выдержки 10 минут. Использовался ступенчатый режим охлаждения для снятия остаточных напряжений с выдержкой при температурах 800 °С, 700 °С, 550 °С. Исследование показало возможность использования припоя Cu–Sn–Ti для пайки электрон-позитронных мишеней. Паяное соединение ковар-керамика имеет слоистую структуру, позволяющую выделить три основных слоя: интерметаллический слой, состоящий из фазы Cu₃Sn, эвтектический слой и диффузионную зону. Образование интерметаллического слоя может происходить как на поверхности ковара, так и на поверхности керамики. Интерметаллический слой на границе с керамикой препятствует диффузии бора в припой и образованию диффузионной зоны, которая обеспечивает высокую адгезию припоя с керамикой. Возможны режимы пайки, при которых интерметаллиды на поверхности керамики не образуются, что позволяет сформировать обширную диффузионную зону. При использованных режимах пайки на границе с коваром образуется интерметаллическая фаза, что может привести к хрупкому разрушению паяного соединения. Измерение микротвердости паяного соединения показали следующие значения: зона интерметаллидов – 2,5 ГПа, зона эвтектики – 1 ГПа, диффузионная зона с переменной микротвердостью, возрастающей от 1 до 5,5 ГПа.