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封接玻璃与金属材料的封接的技术要求

发布时间:2016/6/9

在电子器件生产中,常与玻璃封接的金属种类较多,但不是所有的金属均能与玻璃形成封接 件。能与玻璃形成封接件的金属,必须满足玻璃的封接要求。能与玻璃封接的金属及其合金的基 本要求如下:

①金属及其合金的化学成分纯度高,其杂质含量不能超过最低限量;

②在熔封条件下,金属与合金的熔点必须高于玻璃的加工温度,并且蒸气压足够低;

③每种金属当成分一定时,必须有恒定精确的热膨胀系数;

④对匹配封接来说,必须使金属与玻璃的膨胀曲线在同一温度范围内一致;

⑤在与玻璃封接的温度范围内,金属中不应产生任何同素异形的转化,因为伴随着这种转

化,金属的膨胀系数会显著改变;

⑥在与玻璃封接时,金属表面首先要通过氧化,该氧化层必须牢固地黏附于金属表面上;

⑦金属必须有一定的延展性,以便于加工成金属丝或金属带;

⑧某些金属或合金在与玻璃封接前,需作烧氢除气的处理;

⑨金属及合金事先需经清洁处理,应无纵向条痕、拉伤等缺陷,否则会引起封接处慢性渗 漏、漏气或爆裂;

⑩倘若封接时需要通过大电流,则金属必须具有良好的导电性和导热性,否则,由于大电 流通过造成的温升会使应力大大增加。


(1)钼和铁镍合金与软玻璃封接时,可使用铂、代铀合金、铁镍合金以及膨胀系数高的含 铬合金。通常在膨胀系数适宜的情况下,屈服点低的软金属要比硬而脆的金属为佳,因为软金属 易于变形,从而削弱封接件中的应力。

铂和铁镍合金在封接方面均有某些可贵的性能,如屈服点低,导电性高。对铂来说,其特点 还有:

①它有与许多软玻璃相近的膨胀系数,因而在使用铂时,对保证封接中的金属和玻璃的膨

胀及收缩的精确匹配没有任何困难。

②铂的屈服点比表16-12中所有金属的屈服点低,且性柔软,能削弱制品中玻璃部分的应力。

③在铂上不会形成难封接的厚氧化层,铂上面的薄氧化膜很牢固,极适于同玻璃封接。只 是由于价格高昂,妨碍了铂的广泛应用。后来被覆铂的铁镍丝所代替,随后又被覆铜的铁镍丝即 杜美丝所代替。杜美丝是用含镍43%的铁镍心杆覆铜后拉制而成,铜的质量占金属丝总质量的 30%,迄今已在电子器件中得到了广泛的应用。

然而,这种铁镍合金丝的使用范围受到限制,这是由于它轴向与径向的膨胀系数不同,当它 的直径超过0.8mm时,就不能应用在封接制品中。目前在电真空技术中,杜美丝还是几乎代替 了铂的地位。

(2) 钨、钼和铁钴镍合金一般说来,与硬玻璃封接时,使用钨、钼以及它们的合金或铁钴 镍合金。钨和钼是一种硬而脆且相当纯的金属材料,也是唯一的能直接与膨胀系数低的耐热玻璃 (硬质玻璃)进行封接的金属。钨和钼均很难加工,钼的延展性比钨好,但在制造钼杆、钼丝时 也需注意防止开裂。钨和钼易于在极低的温度下氧化,钨杆上的氧化膜有良好的黏附性。由于钼 的活泼性,当它与玻璃封接时有较多的技术问题,需采取专门措施,随之出现取代钼的铁钴镍合 金,诸如弗尔尼柯合金(Fernico)或可伐合金(Kovar)。这类合金的膨胀曲线在400〜450°C范围内 逐渐向上弯曲,与某些玻璃像DM-305玻璃、DM-346玻璃的膨胀曲线相当接近,因而能匹配封 接。弗尔尼柯合金在封接前要进行表面氧化处理。在表面进行氧化时生成的氧化钴能很好地溶解 在玻璃中,即使氧化层几乎全部被溶解在玻璃中,玻璃仍能良好地润湿金属表面,得到黏附很牢 的封接。常用的可伐合金,其化学组成是:含有Fe54%,Col7%以及Ni29%。

(3) 不锈钢及铜不锈钢实质上是含铬合金钢。铬具有提高钢材膨胀系数的作用,并能使封 接制品获得良好的金属和玻璃之间的氧化膜。当钢材中的铬含量超过12%时便属不锈钢之列。 近代,在大型、高膨胀的封接制品中,为了提高强度,防止锈蚀,使它能在较恶劣的环境下长期 可靠地工作,开始使用各种牌号的不锈钢。例如,在高压真空断路器中便使用了 0Crl7Ti和 lCrl8Ni9Ti两种不锈钢(前者含铬17%.后者含铬18%)。

铜及其合金(黄铜、青铜)十分广泛地用作电子技术的金属构件,尤其是在特高频技术及接 插件中。金属铜在与玻璃封接时具有许多优良的金属性能。如屈服点低、性软以及导热性和导_ 性高等。尽管铜的膨胀系数(178X10_7°C—0很大,然而它的可塑性很大,能极好地与许多玻 璃形成非破坏封接。与青铜和黄铜封接的玻璃的膨胀系数不得小于100X10_7°C —丨。铜在与玻璃 封接方面的用途日益扩大,目前在电子元件的生产中仍在大量使用。


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