氮化铝与可伐封接件有限元应力分析(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京真空电子技术研究所 作者:李新宇

封接件实际断裂图模拟最大可能断裂位置三维模型

图4  封接件实际断裂图  图5  模拟最大可能断裂位置三维模型

瓷筒降低2cm后y方向残余应力云图瓷筒加高2cm米后y方向残余应力云图

图6  瓷筒降低2cm后y方向残余应力云图  图7  瓷筒加高2cm米后y方向残余应力云图

  将陶瓷筒高度加高或降低2cm后,其他工艺条件不变,封接应力随陶瓷筒高度变化而变化。但其加高或降低值均在同一300MPa量级范围内,故欲取得气密,高强度,高可靠封接件需改变封接结构。取消底面的平封结构改为外套封可伐结构后,计算结果如下:

  封接时陶瓷产生的轴向应力与原先结构相比低了一个数量级,约为几十兆帕,改进后封接结构对陶瓷来说是安全,可靠的。实际改进封接结构后,焊接封接件气密,且未出现陶瓷断裂情况,与有限元应力分析结果相一致。图8 为改结构后封接件残余应力图。

改结构后封接件残余应力云图

图8  改结构后封接件残余应力云图

3、结论

  (1) 采用二维轴对称热弹塑性有限元方法分析了陶瓷金属封接残余应力特性,结果说明,对此种平封加外套封结构而言,焊接时易在可伐金属套筒齐高氮化铝陶瓷处产生极高残余应力。这些区域是接头的薄弱地带,裂纹易在此产生。

  (2) 取消底面的平封结构改为外套封可伐结构,封接时陶瓷产生的轴向应力与原先结构相比低了一个数量级,约为几十兆帕, 可得气密, 高可靠封接件。

  (3) 陶瓷-金属封接应力的数值模拟,能克服薄壳理论局限,适用于各种复杂的封接结构,能反应封接工艺变化对应力的影响,为结构优化设计提供分析基础。

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