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玻璃与金属的膨胀系数和机械强度

发布时间:2016/6/12

玻璃与金属的膨胀系数

玻璃和金属膨胀系数的一致性,是形成良好封接的宏观调控手段。当然,要使两种材料的膨 胀系数曲线完全一致是不可能的,因为金属膨胀系数在没有物相变化的情况下几乎是个常数,而 玻璃的膨胀系数在超过退火温度后会急剧上升(玻璃和金属的热膨胀特性如图16-5所示)。当温 度超过软化点后,玻璃因处于黏滞状态,故应力会自动消失而使膨胀系数显得无关紧要。如果玻 璃和金属的膨胀系数在整个温度范围内其差值不超过±10%,应力便可控制在安全范围内,玻璃 就不会炸裂。

当玻璃熔体与金属封接时,处于高温下的玻璃有足够的黏滞流动性。它一面变形,一面随着 金属的热收缩曲线而收缩。然而,随着温度的降低,玻璃逐渐失去其流动性,以致跟不上金属的 热收缩而逐渐从金属的收缩曲线上分离开来。该变化既连续,又取决于冷却速率,因而无法确定 哪一点温度是玻璃从金属收缩曲线上分出来的特定温度。通常为方便起见,用一特定温度来 表示玻璃固着于金属时的状态。这就是说,当丁>7^,玻璃具有完全的流动性,且不产生应力。 当7<了@,封接玻璃沿着固有的热收缩曲线收缩,这个特定温度称为固化温度,它与玻璃 的应变温度甚为接近。

玻璃的强度及界面扩散

在考虑到玻璃和金属膨胀系数匹配的基础上,提高玻璃的机械强度,尤其是抗拉强度,这对于封接件受到热冲击或者因温度梯度引起的热应力乃至受到使用中的外力时都是有利的。如有可 能,采用结晶化玻璃封接,这是提高玻璃抗拉强度的有效途径,它通常可以达到原始玻璃抗拉强 度的3〜5倍,甚至5倍以上。

在封接界面附近,玻璃和金属难以直接发生相互扩散的封接,这种场合下产生熔化扩散现 象,使得界面附近的组成、性质和材质内部的组成、性质不同,这种变化对封接件的稳定性有很 大的影响。例如,由于铁易被氧化,它与玻璃封接后生成大量的氧化铁,且不断地向玻璃中熔解 扩散,导致界面附近材质的性能变化随之加大,这时必须设法控制氧化铁的扩散熔解量,才能得 到稳定的封接制品。


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