Создание термостойкого неразъемного соединения молибдена с графитом для изготовления комбинированного анода рентгеновской трубки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат наук Федотов Иван Владимирович

• Федотов Иван Владимирович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Федотов Иван Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК

1.1 Обзор конструкции и условий работы рентгеновской трубки аппаратов компьютерной томографии и ангиографии

1.2 Способы соединения графита с молибденом и его сплавами

1.3 Активные припои, полученные методом быстрого затвердевания расплава

1.4 Выбор основных элементов разрабатываемого сплава-припоя

1.5 Выводы к разделу

2. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Методика изготовления и исследования припоев

2.2 Подготовка и вакуумная пайка образцов, макета анода и мишеней рентгеновской трубки

2.3 Исследование структурно-фазового состояния паяных соединений Мо/графит

2.4 Методика анализа температуры эксплуатации паяного соединения анода рентгеновской трубки

2.4.1 Постановка задачи расчета

2.4.2 Начальные и граничные условия задачи расчета

2.4.3 Расчетные коэффициенты

2.5 Методика термической обработки образцов паяных соединений Мо/графит и паяного анода рентгеновской трубки

2.5.1 Методика термической обработки образцов паяных соединений Мо/графит

2.5.2 Методика термической обработки анода рентгеновской трубки

2.5.3 Определение температуры распайки паяных соединений Мо/графит

2.6 Механические испытания паяных соединений Мо/графит и паяного анода рентгеновской трубки

3. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МОЛИБДЕНА С ГРАФИТОМ, ПОЛУЧЕННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОРОШКОВЫХ ПРИПОЕВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА

3.1 Исследование микроструктуры паяных соединений Mo/графит, полученных с использованием припоев Ti-48Zr-(3-4)Be (мас.%)

3.2 Оптимизация состава припоев Ti-48Zr-(3-4)Be (мас.%)

3.3 Анализ структурно-фазового состояния паяных швов соединений Mo/графит, полученных с использованием припоев оптимизированного состава

3.4 Выбор оптимального количества порошкового припоя

3.5 Механизм кристаллизации паяного шва соединения Mo/графит

3.6. Определение термомеханических характеристик паяного соединения Mo/графит

3.7 Выводы к главе

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭВОЛЮЦИИ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ ПАЯНОГО ШВА СОЕДИНЕНИЯ МОЛИБДЕН/ГРАФИТ ПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

4.1 Анализ тепловых условий эксплуатации паяного шва комбинированного анода рентгеновской трубки

4.2 Исследование структурно фазового состояния паяных швов термически обработанных соединений Мо/графит

4.3 Определение термомеханических свойств термически обработанных паяных соединений Мо/графит

4.4 Выводы к главе

5. ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ИСПЫТАНИЯ ОПЫТНЫХ КОМБИНИРОВАННЫХ АНОДОВ

5.1 Изготовления, механические испытания и термическая обработка спаянных анодов рентгеновской трубки

5.2 Выводы к разделу

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

В настоящее время аппараты компьютерной томографии и ангиографии получили большое распространение практически во всех медицинских учреждениях по всему миру. Такие устройства используются для обследования тканей, кровеносных сосудов и позволяют получить трехмерное изображение органов и конечностей. Ключевым элементом данных аппаратов является рентгеновская трубка, часто изготавливаемая с вращающимся анодом, который эксплуатируется в жестких условиях термического удара. Анод представляет собой диск диаметром от 60 до 238 мм из молибдена или сплава Т7М (Мо-0,5Ть0,087г-0,02С) с нанесенным на него покрытием из вольфрам-рение-вого сплава, спаянный с графитовым тепловым аккумулятором. Последний выполняет также роль охладителя-излучателя. Графит и молибден являются материалами с различающимися физико-механическими свойствами, в первую очередь, коэффициентами термического расширения, что затрудняет их соединение. Основным методом получения неразъемного соединения графита и молибдена является высокотемпературная пайка в печах с контролируемой атмосферой. Данный способ является наиболее распространённым и технологичным для создания соединений разнородных материалов в узлах современной энергонапряженной техники. Для изготовления комбинированных молибден-графитовых анодов за рубежом используют метод контактно-реактивной пайки цирконием в интервале температур 1600-2000 °С. В этом случае, паяный шов получаемого соединения Мо/графит состоит преимущественно из эвтектики 7г-Мо27г с температурой расплавления согласно бинарной диаграмме состояния ~1550 °С. Между тем по результатам анализа температурного режима работы анода показано, что температура паяного шва при стандартных условиях эксплуатации достигает 1350-1400 °С, а в процессе дегазации рентгеновской трубки весьма вероятно повышение температуры до ~1500 °С. Это свидетельствует о том, что паяное соединение Мо/графит анода изготовленное вышеуказанным способом, работает практически на предельно допустимой температуре. Также стоит отметить, что высокая температура пайки молибден-графитовой мишени вызывает рекристаллизацию молибдена, снижающие его механические свойства и приводит к формированию высоких остаточных термических напряжений в соединении. Улучшение характеристик рентгеновских трубок (увеличение срока эксплуатации, повышение надежности) возможно провести путем оптимизации конструкции, снизив

нагрузку на подшипниковый узел, а также предотвратив существенную деградацию механических свойств молибдена при пайке. Это может быть реализовано посредством уменьшения толщины молибденового диска и общего веса анода, а также снижением температуры пайки. Однако при уменьшении толщины молибденового диска температура паяного шва при эксплуатации анода неизбежно превысит предельно допустимую, что, в свою очередь, спровоцирует плавление паяного шва и приведёт к отслоению графитового охладителя (распайке).

Таким образом, разработка нового припоя и режима пайки молибдена с графитом для создания термостойкого паяного соединения является весьма актуальной задачей, решение которой позволит повысить как надежность рентгеновских трубок с комбинированным молибден-графитовым анодом, так и расширить возможности их применения. Производство анодов с улучшенными характеристиками обеспечит экономию средств за счет снижения импорта и большую доступность медицинского оборудования в России.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Создание термостойкого неразъемного соединения молибдена с графитом для изготовления комбинированного анода рентгеновской трубки»

Цель работы

Целью работы явилось создание термостойкого паяного соединения молибдена с графитом с температурой распайки выше 1550 °С для изготовления комбинированного анода рентгеновской трубки с улучшенными характеристиками.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

• На основании исследования сплавов в системах Ti-Zr-Be и Ti-Zr-Nb-Be разработан состав нового порошкового припоя Ti-40Zr-8,5Nb-1,5Be (мас. %) и определён режим пайки молибдена с графитом этим припоем. Изучено структурно-фазовое состояние паяных швов, и описан механизм формирования паяных соединений Мо/графит с применением сплавов-припоев системы Ti-Zr-(NЪ)-Be. Спаяны образец-макет соединения Мо/графит и два анода рентгеновской трубки.

• Проведен расчет предельной температуры паяного шва молибден-графитового анода рентгеновской трубки в процессе работы. По результатам моделирования определен температурный режим работы соединения в наиболее энергонапряженной зоне мишени-анода. Разработана методика проведения имитационной термообработки паяного соединения, соответствующей условиям эксплуатации.

• Проведены механические испытания на срез, исследована микроструктура, и определена температура распайки соединения Мо/графит до и после

5

имитационной термообработки. Показано, что после нагрева в паяном шве формируются тугоплавкие соединения, способствующие повышению температуры распайки.

Научная новизна и практическая значимость работы

1. На основании результатов исследования структурно-фазового состояния сплавов системы Ti-Zr-Nb-Be, анализа физико-химических процессов взаимодействия их расплавов с молибденом и графитом, предложен новый порошковый припой Ti-40Zr-8,5NЪ-1,5Be (мас. %) фракционного состава 50-350 мкм и режим пайки молибдена с графитом, позволяющие получить паяное соединение с температурой распайки не менее 1882±4 °С.

2. При изучении процесса формирования паяного шва соединения Мо/графит, полученного с применением порошковых припоев системы Ti-Zr-Be и Ti-Zr-Nb-Be, установлено, что непосредственно после пайки паяный шов состоит из карбидов титана и циркония (^С и ZrC), твердого раствора ^р (Мо, Zr, N6), а также интерметаллидов TiBe2, MoBe2.

3. Разработана методика тепловых испытаний паяных соединений Мо/графит с применением электронного луча и нагревом до заданной температуры, что позволило воспроизвести температурные условия эксплуатации паяного шва анода рентгеновской трубки.

4. В результате изучения эволюции структурно-фазового состояния паяных соединений Мо/графит при нагреве впервые экспериментально доказано, что в процессе эксплуатации соединения происходит увеличение количества карбидов титана и циркония (^С, ZrC) в паяном шве, а также возрастание концентрации молибдена в твердом растворе ^р (Мо, Zr, N6), приводящее к повышению температуры распайки.

Практическая значимость работы заключается в разработке порошкового припоя Ti-40Zr-8,5Nb-1,5Be (мас. %) и режима пайки молибдена с графитом для изготовления анодов рентгеновских трубок с уменьшенной массой и степенью деградации механических свойств молибдена, что достигается за счет снижения температуры пайки изделия и повышения температуры распайки соединения Мо/графит анода.

Разработанный припой внедрен в ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ» (г. Подольск) для экспериментальной и мелкосерийной пайки анодов макетных образцов рентгеновских излучателей для компьютерного томографа и ангио-графа (акт о внедрении № 1-4-2019). Получены два патента РФ №2646300 и

№2517096 на способ получения паяного соединения молибдена с графитом и быстрозакаленный припой из сплава на основе титана-циркония.

Результаты, полученные в настоящей работе, представляют интерес для специалистов, работающих в области пайки тугоплавких металлов с графитом.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработанный порошковый припой и режим пайки молибдена с графитом для изготовления комбинированного анода рентгеновской трубки с улучшенными характеристиками (пайка припоем Ti-40Zr-8,5NЪ-1,5Be (мас. %) фракционным составом 50-350 мкм, расход 1,25 мг/мм2 в вакууме 610-3 Па, нагрев со скоростью 20 °С/мин, выдержка 1400 °С в течение 20 мин, охлаждение с печью).

2. Результаты по исследованию структурно-фазового состояния паяных соединений Мо/графит, полученных с помощью припоев систем Ti-Zr-Be и Ti-Zr-Nb-Be до и после термической обработки.

3. Результаты расчета тепловых режимов работы паяного соединения анода рентгеновской трубки с применением моделирования методом конечно-элементного анализа.

4. Разработанная методика нагрева паяных соединений Мо/графит до фиксированной температуры с применением электронного луча, позволяющая на образцах добиться имитации рабочих условий паяного соединения в наиболее энергонапряженной зоне изделия - анода рентгеновской трубки.

5. Результаты механических испытаний и определения температуры распайки паяных соединений Мо/графит до и после имитационной термообработки.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов и библиографии. Работа изложена на 132 страницах, содержит 104 рисунка, 19 таблиц, и список цитируемой литературы из 72 наименований.

Апробация работы

Результаты работы были представлены на следующих научных конференциях и семинарах: VI Международная молодежная школа-конференция «Современные проблемы физики и технологии», 17-21 апреля 2017 г.,

г. Москва; Конференция «Быстрозакаленные материалы и покрытия «БМП-2018», 16-17 октября 2018 г., г. Москва; Международная конференция «Пайка-2018», 11-14 сентября 2018 г., г. Тольятти; 15-я международная школа конференция для молодых ученых и специалистов «Материалы инновационной энергетики: разработка, методы исследования и применение», 23-27 октября 2017 г., г. Москва; 16-я международная школа конференция для молодых ученых и специалистов «Новые материалы: Толерантное ядерное топливо», 29 октября-2 ноября 2018 г., г. Москва; 17-я международная школа конференция для молодых ученых и специалистов «Новые материалы: Перспективные технологии», 5-8 ноября 2019 г., г. Москва; Научная сессия НИЯУ МИФИ-2015, 16-20 февраля 2015 г., г. Москва; VII Международная школа-конференция «Физическое материаловедение», 31 января-5 февраля 2016 г., г. Тольятти; Международная конференция «Пайка-2013», 10-12 сентября 2013 г., г. Тольятти; Научная сессия НИЯУ МИФИ-2013, 5 февраля 2013 г., г. Москва.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 18 работ, включая 5 работ в журналах, индексируемых в системе цитирования ISI Web of Science и Scopus, 1 работа в журнале, индексируемом ВАК, 10 тезисов докладов на конференциях и семинарах, а также получено 2 патента на изобретение.

1. ОБЗОР ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК

В настоящее время в России в рамках программы импортозамещения иностранных комплектующих ведутся работы по изготовлению различных элементов высокотехнологичной техники. Рентгеновские трубки аппаратов компьютерной томографии и ангиографии со временем необходимо менять, из-за износа их составных элементов - катода, анода, а также подшипникового узла, что требует закупки этих комплектующих за рубежом. Организация собственного производства рентгеновских трубок с лучшими характеристиками по сравнению с зарубежными аналогами позволит сэкономить огромные средства и повысить доступность медицинского оборудования в России.

В настоящем разделе диссертационной работы проведен обзор конструкции рентгеновской трубки аппаратов компьютерной томографии и ангиографии и ее основного элемента - анода. Изучены основные температурные условия работы некоторых моделей изделия. Кроме того, представлены различные способы соединения молибдена и его сплавов с графитом. Предложены системы сплавов-припоев, перспективных для пайки молибденового анода с графитовым охладителем с получением термостойкого паяного соединения.

1.1 Обзор конструкции и условий работы рентгеновской трубки аппаратов компьютерной томографии и ангиографии

Аппараты компьютерной томографии и ангиографии представляют собой сложные медицинские диагностические устройства, предназначенные для обследования человека с помощью рентгеновского излучения (см. рисунок 1.1). Основным элементом данных устройств является источник рентгеновского излучения, который в аппаратах последнего поколения представляет собой герметичную капсулу, где рентгеновское излучение возникает при торможении высокоэнергетических электронов о вращающийся анод (см. рисунок 1.2). Сама капсула помещается во внешний металлический корпус, закрепляемый в свою очередь в рентгеновском аппарате. Между металлическим корпусом и капсулой имеется зазор, предназначенный для циркуляции охлаждающей жидкости.

а - аппарат компьютерной томографии GE Light Speed VCT; б - аппарат КТ-Ангиографии Philips C-arm (стрелкой указано расположение источника

рентгеновского излучения) Рисунок 1.1 - Рентгеновские аппараты медицинского назначения [1]

Рисунок 1.2 - Источник рентгеновского излучения (рентгеновская трубка) в разрезе [1]

В мощных рентгеновских источниках анод может иметь различную конструкцию (см. рисунок 1.3). Однако молибден-графитовые аноды являются одними из самых распространенных ввиду низкой стоимости и простоты изготовления (рисунок 1.3, а, рисунок 1.4).

а - комбинированный молибден-графитовый анод; б - сегментированный анод; в - анод с

гребенчатым графитовым охладителем Рисунок 1.3 - Различные виды анодов рентгеновских трубок [1]

тгм

Рисунок 1.4 - Комбинированный паяный молибден-графитовый анод рентгеновской

трубки [2]

Комбинированный молибден-графитовый анод представляет собой диск из молибдена или низколегированного сплава TZM с нанесенным с одной стороны вольфрам-рениевым покрытием и припаянным с другой стороны графитовым аккумулятором, выполняющим также роль охладителя-излучателя. При бомбардировке электронами поверхности анода возникает рентгеновское излучение, на которое приходится менее 1% всей затраченной энергии, и только лишь 0,03% энергии расходуется на формирование полезного рентгеновского излучения. Остальные >99% затраченной энергии конвертируется в тепловую энергию мишени в месте взаимодействия с электронным пучком (60%) и энергию обратно отраженных электронов (39%) (см. рисунок 1.5). Энергия обратно отраженных электронов в свою очередь преобразуется в тепловую энергию при последующем взаимодействии с остальными внутренними элементами устройства, при этом в работах по моделированию тепловых процессов одиночных мишеней принято, что 57% энергии электронов переходит в тепло на фокусной дорожке мишени, а 13% распределены по его лицевой поверхности [3].

Рисунок 1.5 - Гистограмма распределения энергетических потерь при взаимодействии

электронов с вольфрамовой мишенью [1]

При конструкции рентгеновской трубки с корпусом-диэлектриком обычно принимается что 100% энергии электронов переходит в тепло мишени за счет повторного отражения обратно-рассеянных электронов от корпуса рентгеновской трубки и катода в анод (см. рисунок 1.6).

Энергия электронов

Рентгеновская трубка с традиционным подшипниковым узлом и стеклянным корпусом

Рентгеновская трубка с металлическим корпусом и жндкометаллическнм подшипниковым узлом

Рентгеновская трубка ^ с вращающимся корпусом

Теплоемкость мишени

Теплоемкость 100%

мишени

_^

ш

1 N» Теплоемкость

мишени

с г

Энергия обратно-

рассеянных

электронов

Тепловое излучение

Охлаждение за счет теплопроводности

Энергия обратно-40% рассеянных электронов

Тепловое излучение

30% 30%

Охлаждение за счет теплопроводности

Энергия ооратно-45% рассеянных электронов Тепловое излучение

55%

Охлаждение за счет теплопроводности

Рисунок 1.6

- Распределение доли рассеянного тепла для различных конструкций рентгеновских трубок [1] 12

В исследованиях, посвященных моделированию тепловых процессов в рентгеновских трубках со стеклянным корпусом, принимают, что 90% тепловой энергии выделяется в области фокусной дорожки, а остальные 10% распределены по лицевой поверхности анода (см. рисунок 1.7), что приводит к сильному разогреву анода (см. рисунок 1.8).

Рисунок 1.7 - Распределение тепловой нагрузки по поверхности анода [4]

Катод

Фокусная дорожка

Фокусное пятно

Рисунок 1.8 - Изображение анода в процессе экспозиции электронного луча [1]

В настоящее время основным методом изготовления комбинированных молибден-графитовых анодов рентгеновских трубок является контактно-реактивная пайка цирконием, при которой фольга циркония укладывается между графитовым охладителем и диском из молибдена или сплава Т7М, после чего сборку помещают в вакуумную печь и нагревают по разным оценкам до температуры от 1600 до 2000 °С [1, 3]. Разрез паяной с помощью фольги циркония комбинированной мишени с диском из сплава Т7М показан на рисунке 1.9. Микроструктура паяного соединения фрагмента мишени с идентифицированным фазовым составом показана на рисунке 1.10.

Рисунок 1.9 - Разрез паяного комбинированного анода

TZM, _

Сплав TZM

M02Z1'

Braze

Паяный шов i

Рисунок 1.10 - Микроструктура паяного шва Мо/графит с идентифицированным фазовым составом (соединение получено методом контактно-реактивной пайки цирконием) [2]

Как видно из рисунка 1.10, на графите создана макрошероховатость для увеличения площади контакта припоя и улучшения прочностных характеристик паяного соединения. Зазор в соединении при этом изменяется от 70 до ~200 мкм. Паяное соединение содержит эвтектику 7г-Мо27г с температурой плавления ~1550 °С в соответствии с двойной диаграммой состояния Мо-7г (см. рисунок 1.11).

2800

400 Н-,-|-1-,--

0 20 40 60 80 100 Мо ат. % 2л

Рисунок 1.11 - Двойная диаграмма состояния системы сплавов Мо-2г [5]

Анализ температурных условий работы комбинированной мишени рентгеновской трубки показывает, что при нормальной эксплуатации температура паяного шва Мо/графит может достигать величины от 1300 до 1400 °С (см. рисунок 1.12).

1

+1.600е+03 + 1.500е+03 + 1.400е + 03 +1.300е+03 +1.200е+03 +1.100е+03 +1.000е+03 +9.000е+02 +8.000е+02 +7.000е + 02 +6.000е+02 +5.000е+02 +4.000е+02

Рисунок 1.12 - Температурная карта анода диаметром 250 мм после воздействия электронным пучком мощностью 100 кВт с времени экспозиции 30 с [3]

Следует учитывать, что литературных данных по расчету температурных условий эксплуатации паяных соединений анодов рентгеновских трубок крайне мало, не все режимы работы различных моделей рентгеновских трубок просчитаны, а результаты по распределению в них теплового поля опубликованы, к тому же паяный шов как отдельная составляющая не моделировался [3]. Необходимо добавить, что после изготовления компонентов и сборки рентгеновской трубки в единый корпус, проводятся процедуры вакуу-мирования и дегазации (см. рисунок 1.13).

Рисунок 1.13 - Станции вакуумирования и дегазации изготовленных рентгеновских

трубок [1]

Существуют различные программы дегазации, и среди них стоит отметить два процесса - «E-beam» и «Seasoning», в ходе которых мишень прогревается электронным пучком [4]. Распределение теплового поля в рентгеновской трубке по завершению одного цикла данных процедур показана на рисунке 1.14.

а - «Seasoning» процесс; б - «E-beam» процесс Рисунок 1.14 - Распределение теплового поля в рентгеновской трубке по завершению процесса дегазации [4]

Из рисунка 1.14 следует, что при «E-beam» процессе анод равномерно прогревается до температуры ~1300-1350 °С вместе с большей частью паяного соединения, тогда при «Seasoning» процессе осуществляется нагрев только периферийной зоны мишени (см. рисунок 1.14, а). Следует заметить, что при «E-beam» и «Seasoning» процессах распределение теплового поля близко к тому, что достигается при непосредственной работе рентгеновской трубки (см. рисунок 1.13). На рисунке 1.15 представлены зависимости температуры мишени рентгеновской трубки от времени при «E-beam» и «Seasoning» процессах.

О0. 1400 | 1200 1 1000 s 800

P 600

I 400

£ 200 H

(а)

2000

4000

6000

8000

Oo 3000

I 2500 =

5 2000 EC

>. 1600 i s 1

& 1000 I £ 500 I

10000

(б)

5000

10000 15000 20000 25000

Время, с

а - «E-beam»; б - «Seasoning» Рисунок 1.15 - Зависимости температуры составных частей рентгеновской трубки от времени при процессах дегазации [4]

Из рисунка 1.15, а видно, что E-beam процесс заключается в нескольких циклах мягкого прогрева анода и выдержки в течении 5-10 мин. При «Seasoning» процессе мишень прогревается за короткое время, причем скорость нагрева может отличаться в рамках выполнения одной программы. Также, данный процесс предусматривает ступенчатый прогрев анода в течении ~5000 с. Таким образом, общее время дегазации, во время которой на анод воздействует электронный пучок, может составлять от одного часа и более [1].

Минимальная температура паяного соединения при эксплуатации составляет от 250 до 450 °С (см. рисунок 1.16).

Рисунок 1.16 - Зависимость температуры от времени некоторых частей мишени в процессе эксплуатации [1, 3, 6]

В процессе охлаждения температура мишени выравнивается и, если она падает ниже ~ 250 °С, запускается процедура «мягкого» подогрева анода. Это необходимо для того, чтобы избежать возникновения «шоковых» термических напряжений при включении электронного пучка, приводящих к ускоренному разрушению мишени. Рентгеновские трубки с комбинированным анодом имеют масляное охлаждение с температурой масла от 43 до 74 °С, что позволяет быстро снимать и рассеивать тепловую энергию в процессе эксплуатации [1].

Таким образом, в соответствии с рисунками 1.12-1.16 установлено, что паяное соединение молибден-графитового анода эксплуатируется практически на предельной температуре, что определяет конкретную толщину молибденового диска для каждой модели мишени. Сокращение толщины диска неизбежно приведет к повышению температуры паяного шва сверх предельно допустимой и его расплавлению. Из-за этого вес мишеней может достигать более 5 кг для анода диаметром 200 мм [3], что порождает основную причину выхода из строя всей рентгеновской трубки в целом - отказ подшипникового узла (см. рисунок 1.17).

Течь охлаждающей жидкости Вакуумная течь Повреждения анода Откат катода Повреждения корпуса Дефект тготовления Другие причины

Пробой

Откат подшипникового ума ,

а - гистограмма основных причин отказа рентгеновской трубки; б - изображение вала рентгеновской трубки с изношенным подшипниковым узлом Рисунок 1.17 - Иллюстрация причин выхода из строя рентгеновской трубки [1, 7]

Нагрузку на подшипниковый узел возможно снизить при сокращении толщины молибденового диска, компенсировав общую теплоемкость мишени увеличением толщины графитового охладителя, однако, это в свою очередь повысит температурную нагрузку на паяное соединение, что приведет к его частичному расплавлению. При высоких скоростях вращения анода это может привести к отслоению графитового диска и выходу рентгеновской трубки из строя.

Таким образом, разработка нового припоя и режима пайки для получения термостойкого паяного соединения молибдена с графитом является весьма актуальной задачей и ее решение позволит расширить температурную область работы анода и повысить надежность эксплуатации рентгеновской трубки при уменьшении ее материалоемкости. Припой в разрабатываемом способе должен хорошо смачивать графит, затекать в зазор различной величины. Компоненты припоя должны быть способны формировать тугоплавкие химические соединения при химической реакции с графитом и твердые растворы при взаимодействии с молибденом. Новый припой и режим пайки должен не только обеспечивать повышенную температуру эксплуатации полученного паяного шва, но и также гарантировать стойкость соединения к «шоковому» нагреву. С целью определения температуры эксплуатации паяного шва при нагреве анода и определения параметров имитационной термообработки в работе проведен расчет распределения теплового поля мишени методом конечно-элементного анализа.

1.2 Способы соединения графита с молибденом и его сплавами

В настоящее время наиболее распространенным способом соединения молибдена или его низколегированных сплавов с графитом является высокотемпературная пайка в вакуумных печах с резистивным нагревом [8]. Целью данной работы является получение соединения молибдена с графитом с высокой температурой эксплуатации, поэтому в паяном шве недопустимо формирование легкоплавких соединений.

В настоящее время известен способ вакуумной пайки молибденового сплава TZM с углеродистым композитом CFC-222 припоями в виде ленты толщиной 100 мкм на основе меди с содержанием 1 мас. % О" и 0,08 мас. % Zr (припои Си-1Ог и Cu-1Cr-0,08Zr) [9]. Наиболее оптимальная микроструктура паяного шва получена при использовании припоя Ои-1Ог (мас. %) и режима пайки 1150 °С, 5 мин, в вакууме не хуже 10-2 Па. Авторы работы отмечают, что припой хорошо смачивает как углекомпозит, так и молибденовый сплав. На границе припой/CFC-222 формируется карбид хрома (Ог3О2) как результат химического взаимодействия припоя с углекомпозитом (см. рисунок 1.18, а). Металлографические исследования показали отсутствие трещин и дефектов в паяном соединении, однако, из-за неспособности молибдена растворять медь,

19

паяный шов состоит практически полностью из меди с небольшим содержанием хрома, что определяет температуру распайки соединения, приблизительно равную температуре плавления меди (1083 °С). Таким образом данный припой и режим пайки не подходит для получения термостойкого паяного соединения.

(б)

СГС222 СиСг1

тем

Х6Сг17

10 тт

а - изображение микроструктуры паяного шва; б - фотография изделия Рисунок 1.18 - Внешний вид соединения сплав Т2М/углекомпозит СБС-222 [9]

Соединение молибдена с графитом возможно осуществлять с использованием чистых металлов в качестве припоя. Например, изготовление комбинированных анодов рентгеновских трубок предлагалось осуществлять с помощью процесса пайки в две стадии. Схема такого процесса представлена на рисунке 1.19.

1

1 - графитовый охладитель, 2 - диск из сплава TZM, 3 - первичный металл - припой (^ или Zr), 4 - проставка из чистого молибдена, 5 - вторичный припой или

Ti-Cr-Be)

Рисунок 1.19 - Схема пайки анода рентгеновской трубки в две стадии [10]

На первом этапе к графитовому охладителю припаивают тонкое кольцо молибдена (позиция 4) толщиной 0,5 мм с использованием в качестве припоев чистые металлы - Т (температура пайки 1700-1800 °С) или Zr (температура пайки 1500-1600 °С). На втором этапе молибденовое кольцо соединяют с диском из сплава TZM (позиция 2) с помощью припоя системы ТьОчВе (пайка при температуре 1110 °С в течении 2-3 мин) или припоем системы (пайка при 1370 °С). Отмечается, что распайка соединения Мо/TZM происходит только при температурах выше 1700 °С, что указывает на растворение основных компонентов припоя в молибдене. Основными целями проведения пайки в две стадии являются: 1) уменьшение степени рекристаллизации диска из сплава TZM; 2) снижение остаточных термических напряжений в материалах анода после пайки. Выполнение двух операций пайки технологически является сложной и более затратной задачей. В источнике не представлены результаты по полученным паяным соединениям, по их структуре или механическим свойствам, а также нет данных по определению предельной температуры эксплуатации или распайки. К тому же, пайка молибдена с использованием циркония при температуре 1500 °С является невозможной, так как появление первой жидкости в сплавах двойной системе Mo-Zr возможно только начиная с температуры ~1550 °С [11].

В качестве припоя для пайки молибдена и графита возможно также использовать сплавы на основе системы т1^г в виде фольги. Полученное паяное соединение показано на рисунке 1.20.

(а) Графит

тЛ__' ------ 1 г

Паяный шов

Молибден

(б) Графит

Паяный шов

Молибден

а - х100; б - х200

Рисунок 1.20 - Микроструктура паяного соединения Mo/графит, полученное методом пайки электросопротивлением под давлением 0,5-1 МПа [12]

21

Пайку осуществляли в вакууме под давлением 0,5-1 МПа, а нагревали сопрягаемые элементы методом пропускания тока (пайка электросопротивлением). В работе не указано, какая температура достигается в процессе пайки. Прочность паяного соединения на срез составила не менее 15,2 МПа. Паяный шов представляет собой в основном твердый раствор на основе системы Т^г с небольшими добавками молибдена. Данных по максимальной температуре эксплуатации нет, но она вероятно ограничена температурой плавления такого твердого раствора. Так как графитовая часть мишеней рентгеновских трубок имеет макрошероховатость для увеличения прочности паяного соединения, такой метод пайки использовать затруднительно, поскольку разогрев припоя будет осуществляться только в месте контакта фольги и графитового элемента и точное соблюдение температурных условий пайки невозможно.

Пайку графита и молибдена возможно произвести припоем BCu-1 (Си, 100 мас. %) через фольгу железа толщиной 120 мкм. Фольгу располагали со стороны графита, обеспечивая смачивание за счет химической реакции железа с графитом. Соединение графита с молибденом осуществляли при температуре 1125 °С в течении 4 минут в вакууме ~10-1 Па. Исследователи отмечают, что в паяном шве возможно образование тройной эвтектики в системе Fe-Mo-Cu. Микроструктура паяного соединения Мо/графит показана на рисунке 1.21.

; • ч! Мо

* ?

|( « ч> • , у . . » ■ , й А

I 104 /1 ш I

1 СгарЬНе 1

Рисунок 1.21 - Микрофотография соединения Мс/графит, полученная с использованием припоя ВСи-1 (100 % мас. Си) и проставки из фольги Fe толщиной 120 мкм, режим

пайки: 1125 °С, 4 мин [13]

К сожалению, в работе не проведен фазовый анализ паяных соединений и определение прочностных характеристик. Наиболее вероятно, что в соединении присутствует медь, так как она не растворяется в молибдене и не формирует устойчивых карбидов [14, 15]. Следовательно, припой ВОи-1 не может быть использован для получения термостойкого паяного соединения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Федотов Иван Владимирович, 2022 год

/// / / /

/ / 7_

7 / // / // // /

/ / и / 7

0 0,2 0,4 0,(

Перемещение, мм

40

У

со

О &

Й

53 «

(д)

А 6

/

1 4 / 45

2 Г

3

_ С.

0,2 0,4

Перемещение, мм

0,6

0,8

6

7

а - циклический нагрев электронным лучом до 1400 °С (5 циклов); б - циклический нагрев электронным лучом до 1400 °С (10 циклов); в - циклический нагрев электронным

лучом до 1400 °С (20 циклов); г - выдержка 1400 °С, 2 ч; д - выдержка 1400 °С, 8 ч Рисунок 4.13 - Диаграммы деформации на срез образцов паяных соединений Мо/графит

(после термической обработки)

Анализ диаграмм деформации и полученных результатов показывает, что прочность паяного соединения Мо/графит после имитационного нагрева электронным лучом и выдержки в вакууме остается на уровне не ниже 23,4±2,5 МПа. Установлено, что после механических испытаний на срез в шве паяного соединения Мо/графит в слое карбида титана образуются трещины

113

(см. рисунок 4.14, б). Трещины формируются перпендикулярно паяному шву и не распространяются вглубь твердого раствора Т1р (Мо, 7г, МЬ) и молибдена. Аналогичные трещины образуются и в паяных швах, полученных методом контактно-реактивной пайки цирконием (см. рисунок 1.24).

(а) Молибден (б)

б Зерна тв.

а - микроструктура паяного шва; б - фрагмент паяного шва с (а), увеличение х500 Рисунок 4.14 - Изображения микроструктуры паяного шва соединения Мо/графит после механических испытаний на срез (припой Ть402г-8,5МЬ-1,5Ве, мас. %, режим пайки: 1400 X, 20 мин, затем выдержка: 1400 X, 8 ч)

Температуру распайки паяного соединения Мо/графит после выдержки в вакуумной печи (1400 X, 8 ч) определить не удалось, так как при 1980 X (максимальная температура нагрева) соединение сохранило структурную целостность. Повышение температуры распайки произошло из-за изменения структурно-фазового состояния паяного шва соединения Мо/графит после термической обработки. Ранее было показано, что после изотермической выдержки не образуются интерметаллиды Т1Ве2 и МоВе2 и эвтектики с их участием, что, вероятно, повышает термостойкость паяного шва. Проведенный микрорентгеноспектральный анализ фрагмента паяного соединения после нагрева до 1980 X показал изменение концентрации элементов в ранее идентифицированных структурных составляющих (см. рисунок 4.15). После нагрева до 1980 X и охлаждения до комнатной температуры в паяном соединении наблюдали формирование смешанного карбида Т^^ГхС (зона 2). Также обнаружено, что в центральной зоне шва произошел распад твердого раствора Т^^ГхС с образованием отдельных зерен карбида титана (ПС) и карбида циркония (7гС).

50мкт 1 Электронное изображение 1

а - микроструктура фрагмента паяного шва, увеличение х250; б - результаты микрорент-геноспектрального анализа фрагмента паяного шва с (а) Рисунок 4.15 - Паяный шов соединения Мо/графит после нагрева до 1980 X (припой Ti-40Zr-8,5Nb-1,5Be, мас. %, режим пайки: 1400 X, 20 мин, затем выдержка: 1400 X, 8 ч)

В примыкающей к графиту зоне паяного шва распад твердого раствора Ti1-xZrxC скорее всего подавляется вследствие более высокой скорости охлаждения. По границам зерен карбидов сохраняются небольшие зерна твердого раствора Tip (Mo, Zr, Nb) с высоким содержанием молибдена до 68 ат. %.

4.4 Выводы к главе 4

• Максимальная рабочая температура эксплуатации паяного соединения анода рентгеновской трубки составляет не менее 1400 X. В соответствии с этим подобраны два режима имитационного нагрева (термообработки) паяных соединений Мо/графит:

1) циклический нагрев до 1400 X с использованием электронного луча;

2) нагрев в вакуумной печи до 1400 X с выдержкой 2, 4 и 8 ч.

• После циклического нагрева электронным лучом до температуры 1400 X в паяных соединениях Мо/графит происходит формирование мелкодисперсной структуры из зерен твердого раствора Пр (Mo, Zr, МЬ) и карбидов титана (ТЮ), циркония ^гС). После изотермической выдержки в вакуумной печи при температуре 1400 X в течении 8 ч в паяном шве не образуются ин-терметаллиды TiBe2 и MoBe2 и эвтектика с их содержанием. При этом паяное соединение Мо/графит представляет собой включения твердого раствора Пр (Mo, Zr, МЬ) в матрице из карбидов титана (TiC) и циркония ^гС).

• Механические испытания на срез паяных соединений Мо/графит после имитационной термообработки показали, что прочность соединений Мо/графит остается на уровне не менее 23,4±2,5 МПа.

• Температура распайки паяного соединения Мо/графит после изотермической выдержки (1400 X, 8 ч) составила не менее 1980 X. Повышение температуры распайки связано с диффузией углерода в паяный шов и ростом карбидных включений

5. ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ИСПЫТАНИЯ ОПЫТНЫХ КОМБИНИРОВАННЫХ АНОДОВ

В данной главе представлены данные по апробации разработанного припоя и режима пайки молибдена и графита для изготовления комбинированных анодов. Кроме того, проведены предварительные динамические испытания и термическая обработка паяного анода в условиях, приближенных к рабочим. С целью исследования эволюции структурно-фазового состояния паяного шва комбинированного анода после испытаний, проведено исследование его микроструктуры.

5.1 Изготовления, механические испытания и термическая обработка спаянных анодов рентгеновской трубки

С использованием разработанного припоя Ti-40Zr-8,5Nb-1,5Be (мас. %) и режима пайки 1400 X, 20 мин были изготовлены два анода диаметрами 100 и 120 мм. Получены визуально качественные паяные соединения с галтелью по краю паяемых элементов (рисунок 5.1).

а - анод диаметром 100 мм; б - анод диаметром 120 мм Рисунок 5.1 - Фотографии паяных анодов 117

На рисунке 5.2 показана микроструктура мишени после предварительных динамических испытаний на балансировочном стенде. Мишень подвергали раскрутке до 5000 об./мин с быстрой остановкой за 2 с (всего 5 циклов). Изображения получали для двух зон мишени - периферийной и центральной.

(а)

а -разрез анода; б - паяный шов центральной зоны анода с (а); в - паяный шов периферийной зоны анода с (а); г - фрагмент паяного шва с (в) Рисунок 5.2 - Микроструктура паяного соединения анода диаметра 100 мм после изготовления и механических испытаний 118

Исходя из анализа структурно фазового состояния паяных соединений Мо/графит и рисунка 5.2 следует, что после изготовления и динамических испытаний паяное соединение представляет собой смесь зерен твердого раствора на основе титана Tiß (Mo, Zr, Nb) с карбидными включениями (TiC и ZrC). Образования эвтектики по границам твердого раствора Tiß (Mo, Zr, Nb) не наблюдалось. Включения карбидов равномерно распределяются в матрице твердого раствора паяного шва, а припой проникает в графит на глубину ~200 мкм. После предварительных динамических испытаний в паяном шве анода образования дефектов (трещин, пор) не обнаружено.

Для имитационной термообработки паяного анода диаметром 120 мм осуществлен выбор мощности электронного луча (непрерывного режима работы) в соответствии с нагрузочными кривыми для рентгеновской трубки Varex G-2090 Tri с эквивалентным по диаметру анодом (см. таблицу 5.1). Режимы 10 кВт, 30 с; 15 кВт, 35 с находятся в допустимой рабочей зоне, тогда как режим 20 кВт, 40 с немного превышает рекомендуемую рабочую мощность для анода данной конфигурации (см. рисунок 5.3).

►0 и о о в 3 о

с* я м о \4

Размер фокусного пятна, мм - 1

1111 hihi

1 2 3 4 5 7 10 20 30 40 50 70 100

Максимальное время экспозиции, с

Рисунок 5.3 - Нагрузочные кривые рентгеновской трубки Varex G-2090 Tri [48]

Таблица 5.1 - Режимы термической обработки электронным лучом спаянного анода рентгеновской трубки диаметра 120 мм

Мощность электронного луча (непрерывный режим работы), кВт 20 кВт 15 кВт 10 кВт

Время экспозиции, с 40 35 30

Предварительный прогрев анода выполнен электронным лучом с мощностью 3 кВт и временем экспозиции 600 с. Последующий циклический нагрев проведен по выбранным режимам: 10 кВт, 30 с (3 цикла); 15 кВт, 35 с (3 цикла); 20 кВт, 40 с (3 цикла). В процессе экспозиции электронного луча периферийная часть анода сильно разогревалась (см. рисунок 5.4).

Рисунок 5.4 - Фотография изготовленного комбинированного анода диаметром 120 мм, в

процессе нагрева электронным лучом

После термической обработки электронным лучом анод сохранил структурную целостность. Микроструктура фрагмента паяного соединения анода после имитационного нагрева электронным лучом показана на рисунке 5.5. Съемка микроструктуры проведена для двух зон мишени - наиболее близкой к термическому воздействию со стороны электронного луча периферийной зоне, и в наименее нагретой центральной зоне. Из анализа микроструктуры паяных соединений (см. рисунки 5.2 и 5.5) следует, что нагрев электронным лучом не изменяет структурно-фазовое состояние паяного шва. Редкие поры, обнаруживаемые в паяном шве, вероятно образуются из-за выкрашивания отдельных структурных составляющих (рисунок 5.5, б).

(а)

(б) (в)

а - разрез анода; б - центральная зона паяного шва анода с (а); в - периферийная зона паяного шва анода с (а); г - центральная зона паяного шва анода с (б); д - периферийная зона

паяного шва анода с (г) Рисунок 5.5 - Микроструктура паяного соединения анода диаметра 120 мм после циклического нагрева электронным лучом

Выбранный режим термической обработки электронным лучом имитирует начало работы анода рентгеновской трубки [6]. Поскольку максимальное число циклов эксплуатации для одной мишени может составлять более 10 000,

в данной работе для имитации долговременной работы паяного шва анода проведена термическая обработка фрагмента мишени в вакуумной печи по режиму: 1400 °С, 2 ч. На рисунке 5.6 представлены изображения микроструктуры паяного шва анода после циклического нагрева электронным лучом и изотермической выдержки: 1400 °С, 2 ч в вакууме.

а - центральная зона паяного шва анода, увеличение х200; б - периферийная зона паяного шва анода, увеличение х200; в - фрагмент паяного шва с (а); г - фрагмент паяного шва с (б) Рисунок 5.6 - Микроструктура паяного шва анода диаметра 120 мм после циклического нагрева электронным лучом и изотермической выдержки: 1400 °С, 2 ч

Установлено, что после изотермической выдержки 1400 °С, 2 ч в паяном соединении анода произошел рост размера карбидных включений (см. рисунок 5.6, в), а также увеличение толщины слоя ТЮ на границе паяный шов/графит. Эвтектики в паяном соединении анода не обнаружено. Структура паяного шва анода как после пайки, так и после термической обработки представляет

собой твердый раствор на основе титана Т1р (Мо, 7г, КЬ) и карбидных включений (ТЮ и 7гС). В соединении присутствуют небольшие трещины в карбидной слое, перпендикулярные паяному соединению.

Проведенные динамические испытания и исследование микроструктуры паяного шва анода показывают, что разработанный припой и режим пайки имеет перспективу применения для экспериментального производства анодов с улучшенными характеристиками, к которым можно отнести: уменьшение степени деградации механических свойств молибдена и остаточных термических напряжений в паяном шве анода после пайки за счёт снижения температуры пайки до 1400 °С; уменьшение массы анода путём снижения толщины молибденового диска (нагрузки на подшипниковый узел рентгеновской трубки) за счёт повышения температуры распайки до 1882 °С.

5.2 Выводы к разделу 5

• С использованием разработанного порошкового припоя Ть407г-8,5КЬ-1,5Бе (мас. %) и режима пайки 1400 °С, 20 мин изготовлено два комбинированных анода. После механических испытаний и термической обработки микроструктура паяного шва анодов остается стабильной и состоит из твердого раствора на основе титана Т1р (Мо, 7г, КЬ) с включениями карбидов титана и циркония (Т1С, 7гС).

• Проведенные динамические испытания и микроструктурные исследования паяного соединения анодов показали, что разработанный припой Ть407г-8,5КЬ-1,5Бе (мас. %) фракционным составом 50-350 мкм и режим пайки: расход припоя 1,25 мг/мм2, нагрев до 1400 ° , выдержка 20 мин возможно использовать для экспериментального производства анодов с улучшенными характеристиками.

1. Для изготовления комбинированного анода с улучшенными характеристиками разработаны порошковый припой состава Ть407г-8,5МЬ-1,5Бе (мас. %) и режим пайки молибдена с графитом: припой гранулометрического состава 50-350 мкм, расход припоя - 1,25 мг/мм2, нагрев до 1400 °С со скоростью 20 °С/мин, выдержка 20 мин, вакуум 6 10-3 Па.

2. Установлено, что после пайки шов состоит из твердого раствора Т1р (Мо, 7г, МЬ), карбидов ТЮ, 7гС, формирующихся на границе паяный шов/графит и интерметаллидов Т1Бе2, МоБе2, распределенных по границам зерен твердого раствора Т1р (Мо, 7г, МЬ).

3. Методом конечных элементов рассчитаны рабочие температуры в паяном соединении анода на примере рентгеновской трубки Уагех 0-2090Тп. Согласно расчётам, рабочая температура на паяном соединении анода должна составлять величину 1400 °С.

4. Для имитации термического воздействия, соответствующего условиям эксплуатации анода, экспериментально смоделирован и проведен нагрев паяных соединений Мо/графит в условиях циклического воздействия электронным лучом мощностью 600 Вт с временем экспозиции 14 с (20 циклов) и длительной изотермической выдержки (нагрев до 1400 °С и выдержка в течении 2, 4 и 8 ч). После циклического нагрева паяного соединения электронным лучом происходит фрагментация структурных составляющих шва, а после длительной выдержки (1400 °С, 8 ч) в шве наблюдалось увеличение количества карбидов.

5. Определено, что прочность на срез паяного соединения Мо/графит, полученного по разработанному режиму пайки, составляет 28,0±0,9 МПа), а температура распайки не ниже 1882±4 °С. Прочность паяных соединений, подвергнутых термическому циклированию электронным лучом до 1400 °С (20 циклов) составила 23,4±2,5 МПа, а после выдержки при температуре 1400 °С в течение 8 ч - 26,1±6,4 МПа, разрушение паяных соединений во всех случаях происходило по графиту вблизи паяного шва.

6. Изготовлены и испытаны два анода - диаметрами 100 мм для динамических испытаний с вращением 5000 об./мин (5 циклов, резкий разгон и остановка за 2 с) и 120 мм для изучения термического воздействия по режимам, имитирующим рабочие условия. Исследование микроструктуры показало отсутствие дефектов и стабильность структурно-фазового состояния паяного соединения анода в рабочих условиях.

7. Получены два патента РФ №№2646300 и 2517096 на способ получения паяного соединения молибдена с графитом и припой на основе сплава системы Ть7г, а также акт № 1-4-2019 о внедрении порошкового припоя Ть407г-8,5КЬ-1,5Бе (мас. %) на предприятии ФГУП НИИ «НПО «ЛУЧ» для пайки макетных образцов рентгеновских излучателей для компьютерного томографа и ангиографа.

1. Behling, R. Modern diagnostic X-ray sources / R. Behling; CRC Press Taylor and Francis Group. - London, 2016. - 399 c.

2. Non-Destructive Evaluation of Brazed Joints By Means of Acoustic Emission / H. Traxler, W. Arnold, W. Knabl, P. Rodhammer // Journal of Acoustic Emission. - 2003. - V. 20, - C. 257-264.

3. Plankensteiner, A. Finite Element Analysis of X-Ray Targets / A. Plankensteiner, P. Rodhammer // Proceedings 15th International Plansee Seminar / Plansee Holding AG. - Reutte, Austria, 2001. - C. 9-22.

4. Thermal analysis on x-ray tube for exhaust process / R. Kumar, S. Ratnala, V. Kumar, P. Gouda // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. -2018. - V. 310, №1. - C. 1-10.

5. Thermodynamic Calculation of Phase Equilibria in the C-Mo-Zr System / C. Zhang, C. Zhao [и др.] // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. - 2018. - V. 39, № 6. - С. 766-777.

6. Erdi, Y.E. Computed tomography X-ray tube life analysis: A multiyear study / Y.E. Erdi // Radiologic Technology. - 2013. V. 84, № 6. - С. 567-570.

7. Thompson, T.T. The Abuse of Radiographic Tubes / T. Thompson // Radiographics. - 1983. - V. 3, № 3. - C. 397-399.

8. Справочник по пайке / И.Е. Петрунин, Ю.И Березников, Р.Р. Бунькина [и др.]; под редакцией И.Е. Петрунина. - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва: Машиностроение, 2003. - 480 с.

9. Mirski, Z. Brazing a graphite composite to molybdenum alloy TZM using active copper-based filler metals with chromium additive / Z. Mirski // Archives of Metallurgy and Materials. - 2011. - V. 56, № 3. - C. 829-837.

10. Патент № US 6400800 B1 США, 378/144, 143, 378/128, 127. Two-step brazed x-ray target assembly: №US006400800B1: заявл. 29.12.2000 : опубл. 4.06.2002 / Warren J. - 7 с.

11. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т.3. Кн. 1 / Н.П. Лякишев, О.А. Банных, Л.Л. Рохлин [и др.]; под редакцией Н.П. Лякишева. - Москва: Машиностроение, 2001. - 872 с.

12. Metallurgical and mechanical examinations of molybdenum/graphite joints by vacuum arc pressure brazing using Ti-Zr filler materials / L. Dong, W. Chen, L.

Hou [и др.] // Journal of Materials Processing Tech. - 2017. - V. 249, №6. -С. 39-45.

13. Technique for brazing graphite/graphite and stainless steel/high-carbon steel joints / H. Ohmura, T. Yoshida, K. Kawashiri, O. Yoshimoto // Welding Journal. -1994. - V. 73, № 10. - C. 2495-2565.

14. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т.1. / Н.П. Лякишев, О.А. Банных, Л.Л. Рохлин [и др.]; под редакцией Н.П. Лякишева. - Москва: Машиностроение, 1996. - 992 с.

15. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т.2. / Н.П. Лякишев, О.А. Банных, Л.Л. Рохлин [и др.]; под редакцией Н.П. Лякишева. - Москва: Машиностроение, 1997. - 1024 с.

16. MacPherson H.G. Molten-salt reactor program quarterly progress / H.G. Mac-Pherson. - Oak Ridge national laboratory, 1960. - 76 c. - URL: https://digital.li-brary.unt.edu/ark:/67531/metadc100266/ (Дата обращения 10.10.2021). - Режим доступа: свободный. Текст: электронный

17. Понимаш, И.Д. Вакуумная пайка реакторных матрериалов / И. Д. Пони-маш, А.В. Орлов, Б.В. Рыбкин. - Москва: Энергоатомиздат, 1995. - 192 с.

18. Косолапова, Т.Я. Карбиды. / Т.Я. Косолапова. - Москва: Металлургия, 1968. - 300 c.

19. Canonico, D.A. Direct Brazing of Ceramics, Graphite and Refractory / D.A. Canonico, N.C. Cole, G.M. Slaughter. - Oak Ridge national laboratory, 1977. - 18 c. - URL: https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Pub-lic/07/254/7254980.pdf (Дата обращения 10.10.2021). - Режим доступа: свободный. Текст: электронный

20. Lundberg, L.B. Brazing Molybdenum and Tungsten for High Temperature Service / L.B. Lundberg, W.C. Turner, C.G.Hoffmann // Welding Journal. - 1978. - V. 57, № 10. - C. 311-318.

21. Brazed graphite/refractory protection elements metal composites for first-wall / I. Smid, C.D. Croessmann, J.C. Salmonson, J.B. Whitley // Journal of Nuclear Materials. - 1991. - V.179-181. - C. 169-172.

22. Influence of cyclic thermal loading on brazed composites for fusion applications / I. Smid, E. Kny, G. Kneringer, N. Reheis // Journal of Nuclear Materials. -1990. - Vol. 171. - C. 165-171.

23. Патент № 4990402 США, 228/121, 122, 263.12. Process for the manuacture of a soldered joint: заявл. 31.07.1989: опубл. 5.02.1991 / Knieringer G., Reheis N., Thalman W. - 4 с.

24. Protecting limiters for the ASDEX Upgrade ICRCH antennae / F. Wesner, H. Kutsch, J. Noterdaeme [и др.] // Proceedings of the 17th Symposium on fusion technology (Рим, Италия, Сентябрь 1992) / Fusion Technology, 1992. - C. 406-409.

25. Wettability of brazing filler metals on molybdenum and TZM / M.M McDonald, D.L. Keller, C.R. Heiple, W.E. Hofmann // Welding Journal. - 1989. - № 10. -C. 389-395.

26. La2O3 effects on TZM alloy recovery, recrystallization and mechanical properties / K. Wang, J. Tan, P. Hu [и др.] // Materials Science & Engineering A. - 2015. - V. 636. - C. 415-420.

27. On the recrystallization behavior of technically pure molybdenum / S. Primig, H. Leitner, H. Clemens [и др.] // Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2010. - V. 28. №6. - C. 703-708

28. Application of Rapidly Quenched Ribbon-Type Filler Metals for Brazing of the High-Heat-Flux Elements of ITER / B.A. Kalin, A.N. Suchkov, V.T. Fedotov [и др.] / Fusion science and technology. - 2012. - V. 61, № 2 - C. 147-153.

29. Rapidly quenched strip brazing alloys for high-temperature brazing of niobium-based alloys / A.N. Suchkov, V.T. Fedotov, O.N. Sevryukov [и др.] // Welding International. - 2011. - V. 25, № 10. - C. 812-816.

30. Development of brazing foils to join monocrystalline tungsten alloys with ODS-EUROFER steel / B.A. Kalin, V.T. Fedotov, O.N. Sevryukov [и др.] // Journal of Nuclear Materials. - 2007. - V. 367-370. - C. 1218-1222.

31. Development of rapidly quenched brazing foils to join tungsten alloys with ferritic steel / B.A. Kalin, V.T. Fedotov, O.N. Sevryukov [и др.] // Journal of Nuclear Materials. - 2004. - V. 329-333. - C. 1544-1548.

32. Sevryukov, O.N. Brazing of modern engineering materials with STEMET® amorphous brazing filler metals / O.N. Sevryukov, A.N. Suchkov, E.V.Guseva // Non-ferrous Metal. - 2015. - V. 1. - C. 45-49.

33. Development of rapidly quenched nickel-based non-boron filler metals for brazing corrosion resistant steels / A. Ivannikov, B. Kalin, A. Suchkov [и др.] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2016. - V.130. - C. 2-8.

34. Fortuna, D. Wide-Gap Brazing: a Practical Approach to a Difficult Process / D. Fortuna. - // Oerlikon Metco (US) Inc, 2000. - 4 C. - URL: https://www.oer-likon.com/ecomaXL/files/metco/oerlikon_TP-0010.1_Wide-Gap_Brazing_EN.pdf (Дата обращения 10.10.2021). - Режим доступа: свободный. Текст: электронный

35. Mao, Y. Joining of SiC ceramic to graphite using Ni-Cr-SiC powders as filler / Y. Mao, S. Li, L. Yan // Materials Science and Engineering A. - 2008. - V. 491, № 1-2. - C. 304-308.

36. Lugscheider, E. Wide Joint Clearance Brazing With Nickel-Base Filler Metals / E. Lugscheider, V. Dietrich, J. Mittendorff // Welding Journal. - 1988. - V. 67, № 2. - C 47-51.

37. Activated soldering of dissimilar materials with amorphous solders / I.V. Gorynin, B.V. Farmakovsky, A.F. Vasiliev [и др.] // Inorganic Materials: Applied Research. - 2017. - V. 8, № 6. - С. 892-898.

38. Ni-free Zr-Cu-Al-Nb-Pd bulk metallic glasses with different Zr/Cu ratios for biomedical applications / L. Huang, Y. Yokoyama, W. Wu [и др.] // Journal of Biomedical Materials Research - Part B Applied Biomaterials. - 2012. - V. 100B, № 6. - C. 1472-1482.

39. In vitro study on Zr-based bulk metallic glasses as potential biomaterials / Y.B. Wang, Y.F. Zheng, S.C. Wei, M. Li // Journal of Biomedical Materials Research - Part B Applied Biomaterials. - 2011. - Vol. 96B, № 1. - C. 34-46.

40. Zr-Ti-based Be-bearing glasses optimized for high thermal stability and thermoplastic formability / A. Weist, G. Duan, M. Demetriou [и др.] // Acta Materialia. - 2008. - V. 56, № 11. - C. 2625-2630.

41. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т. 3, кн. 2 / Н.П. Лякишев, О.А. Банных, Л.Л. Рохлин [и др.]; под редакцией Н.П. Лякишева. - Москва: Машиностроение, 2000. - 448 C.

42. Хорунов, В.Ф. Припои системы Ti-Zr-(Fe, Mn, Co) для пайки титановых сплавов / В.Ф. Хорунов, С.В. Максимова, В.В. Воронов // Автоматическая сварка. - 2013. - Т. 7. - С. 46-51.

43. Park, J.H. Alloy Design to Prevent Intergranular Corrosion of Low-Cr Ferritic Stainless Steel with Weak Carbide Formers / J.H. Park, H.S.Seo, K.Y. Kim // Journal of The Electrochemical Society. - 2015. - V. 162, № 8. - C. 412-C418.

44. Shatynski, S.R. The thermochemistry of transition metal carbides/ S.R. Shatynski // Oxidation of Metals. - 1979. - V. 13, № 2. - C. 105-118.

45. Pollock, B.D. Dissociation pressure and stability of beryllium carbide // Journal Physical Chemistry. -1959. - V. 63. - C. 587-589.

46. Углеродные Структуры И Оборот Водородного Топлива В Термоядерных Установках / А.А. Сковорода, А.В. Спицын, С.В. Янченков, Я.В. Зубави-чус // ВАНТ, Серия Термоядерный Синтез. - 2008. - № 3. - С. 15-34.

47. Svetogorov, R.D. Belok/XSA Diffraction Beamline for Studying Crystalline Samples at Kurchatov Synchrotron Radiation Source / R.D. Svetogorov, P. V. Do-rovatovskii, V.A. Lazarenko // Crystal Research and Technology. - 2020. - V. 55, № 5. - C. 1-6.

48. Rotating anode X-ray tube G-2090TRI. Product description / Varex Imaging, 2017. - 18 C. - URL: https://www.vareximaging.com/sites/de-fault/files/datasheets/vic/G-2090TRIpds.pdf (Дата обращения 10.10.2021). - Режим доступа: свободный. Текст: электронный

49. Теплофизические свойства графита МПГ-6 / С.В. Станкус, И.В. Савченко, А.Ш. Агажанов [и др.] // Теплофизика высоких температур. - 2013. -V. 51, №2. - С. 205-209.

50. Чиркин, В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники, справочник / В.С. Чиркин; - Москва: Атомиздат, 1968. - 484 c.

51. Table of Emissivity of Various Surfaces / Mikron Instrument Company, 2014. - 13 C. - URL: https://www.transmetra.ch/images/transmetra_pdf/publika-tionen_literatur/pyrometrie-thermografie/emissivity_table.pdf (Дата обращения 10.10.2021). - Режим доступа: свободный. Текст: электронный

52. ГОСТ Р 8.585-2001. Термопары. Номинальные Статические Характеристики Преобразования: Госстандарт России: издание официальное: принят и введен в действие постановлением госстандарта России от 21.11.2001 №474-ст: дата введения 01 -07-2002. - Москва: ИПК Издательство стандартов, 2002. - 77. С - Текст: непосредственный.

53. ГОСТ 21547-76 Пайка. Метод определения температуры распайки: Государственный стандарт союза ССР: Издание официальное: принят и введен в действие постановлением государственного комитета стандартов совета министров СССР от 5.02.1976 №345: дата введения 01-01-1977. - Москва: Издательство стандартов, 1976. - 7 С. Текст: непосредственный.

54. Sun, Z. Nucleation and growth mechanism of a-lamellae of Ti alloy TA15 cooling from an a + в phase field / Z. Sun, S. Guo, H. Yang // Acta Materialia. -2013. - V. 61, № 6. - C. 2057-2064.

55. Phase transition, microstructural evolution and mechanical properties of Ti-6Al-4V and Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si joints brazed with Ti-Zr-Ni-Cu filler metal / Z. Yang, Y. Chen, S. Niu [et al.] // Archives of Civil and Mechanical Engineering. - 2020. - V. 20, № 3. - C. 1-15.

56. Brazing of hexagonal boron-nitride ceramics with VT1 -0 titanium alloy using a rapidly quenched titanium-based brazing alloy / I.V. Fedotov, A.N. Suchkov, V.T. Fedotov [et al.] // Welding International. - 2015. - V. 29, № 3. - C. 222-226.

57. Пайка гексагональной борниитридной керамики с титановым сплавом ВТ1-0 быстрозакаленным припоем на основе титана / И.В. Федотов, А.Н. Сучков, В.Т. Федотов [и др.] // Сварочное производство. - 2014. - Т. 3. - С. 20-25.

58. Ильин, А.А. Титановые сплавы, справочник / А.А. Ильин, Б.А. Колачев, И.С. Полькин. - Москва: ВИЛС-МАТИ, 2009. - 519 c.

59. Агеев, Н.В. Диаграммы состояния металлических систем / Н.В. Агеев, Л.А. Петрова; под редакцией Н.В. Агеева. - Москва: Производственно-издательский комбинат ВИНИТИ, 1972. - 308 с.

60. Microstructures and properties of titanium alloys Ti-Mo for dental use / Y. Chen, X. Li, L. Zhi [et al.] // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. -2006. - V. 16, № 2. - C. 121-136.

61. Study of Ti-Zr-Nb-Be filler metal interaction with silicon carbide based ceramics during brazing process / A.A. Eroshenko, A.A. Ivannikov, I.V. Fedotov [et al.] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2020. - V. 1005, № 1 - C. 1-6.

62. Melk, L. Thermal Analysis of Hard Ceramics: Master thesis [электронный ресурс] / L. Melk. - Lulea University of Technology, 2015. - 76 c - Режим доступа https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2: 1017541/FULLTEXT02.pdf. - Загл. с экрана.

63. Interfacial energy as the driving force for diffusion bonding of ceramics / S. Kovacevic, R. Pan, D.P. Sekulic, S.D. Mesarovic // Acta Materialia. - 2020. - V. 186, №3. - C. 405-414.

64. The Ti-Mo-C (Titanium-Molybdenum-Carbon) System / D. Bandyopadhyay, B. Haldar, R.C. Sharma, N. Chakraborti // Journal of Phase Equilibria. - 1999. - V. 20, № 3. - C. 332-336.

65. Li, Y. Phase decomposition of TiC-ZrC solid solution prepared by spark plasma sintering / Y. Li, H. Katsui, T.Goto // Ceramics International. - 2015. - V. 41, № 10. - P. 14258-14262.

66. Murray, J.L. The Be-Ti (Beryllium-Titanium) System, Phase Diagrams of Binary Titanium Alloys / J.L. Murray // ASM International. - 1987. - V. 3. - C. 4043.

67. Металловедение: основы микроструктурного анализа: Лабораторный практикум: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 150400 ''Металлургия / И. Новиков, В. Портной, А. Михайловская [и др.]. - Москва: Дом МИСиС, 2015. - 90 c.

68. Tokunaga, T. Thermodynamic evaluation of the phase equilibria and glass-forming ability of the Ti-Be system / T. Tokunaga, H. Ohtani, M. Hasebe // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. - 2006. - V. 27, № 1. - C. 83-91.

69. Thermodynamic Analysis of the Be-Mo Binary Phase Diagram / K. Nakashima, T. Tokunaga, H. Ohtani, M. Hasebe // Journal of the Japan Institute of Metals and Materials. - 2007. - V. 71, № 2. - C. 187-189.

70. ТУ 48-20-51-84. Детали из графита марок МПГ-6 и МПГ-7. Технические условия. Дата введения: 01.01.1985. - 1985. - 53 с.

71. Miller, B.A. Failure of a Dissimilar Metal Braze in an Expansion Joint / B.A. Miller, P.D. Swartzentruber, J.T. Barnes // Journal of Failure Analysis and Prevention. - 2019. - V. 19, № 2. - C. 314-319.

72. Tajfar, M. Evaluation of copper brazed joint failure by thermal-fatigue test applicable in heat exchangers / M. Tajfar, E. Ganjeh, M.H. Mirbagheri // Journal of Alloys and Compounds. - 2016. - V. 656. - C. 347-356.