玻璃对金属封接玻璃的性能要求

发布时间:2016/6/9
除了对玻璃的热膨胀系数有一定要求外，对于与金属封接的玻璃的性能要求是：
①封接处应无结石、条纹及其较大的气泡等；
②具有较高的热稳定性，化学稳定性，所以通常采用含铅玻璃和多硼硬料玻璃；
③大的抗电解能力，玻璃中含碱量要小；
④高频介质损耗小，高的绝缘强度；
⑤与金属氧化物有较好的润湿性能。
⑥在受热工作状态下不变形，保持刚性固态，与金属结合牢固，且结合处能保持良好的气 密性。
⑦非晶型封接玻璃应具有较低的析晶倾向，以免在长期加工过程中析晶，使封接处膨胀系 数改变很大而造成应力。

为了保证封接密实，玻璃与金属封接，必须使玻璃与金属的热膨胀系数相接近，因此热膨胀 系数成为电真空玻璃的重要性质之一。一般封接玻璃都按热膨胀系数《来分类。我国原第四机械 工业部将电真空玻璃按封接所用金属、玻璃成分、理化指标等分为8组玻璃，

除此以外，还有与铜、镍、铁、担等金属以及镇-钻-铁合金（Fernico)、可伐合金（Kovar)、 铬铁合金（Sealet)、杜美合金（Dumet)封接的玻璃。

(1) 石英玻璃这类玻璃具有耐高温、低介电损耗和良好的热稳定性，能抵抗电子轰击和原 子辐射，有着非常高的电击穿强度。它还有很良好的透明性，对红外线和紫外线有很高的投射 率，化学稳定性好。它不仅适用于高频器件的输能窗，而且还大量用于光电器件和激光器件。

它的膨胀系数比较低[(5.3〜5.8)X10—PCT¹]，因此，这种玻璃与金属封接时，由于膨胀系 数相差较大，金属与石英玻璃匹配性的封接困难。常用的方法一是粘接；二是采用过渡层（或中 间层）封接；三是直接熔化焊。常与石英玻璃封接的金属为W、Kovar合金和Cu、Ag、Pt等。

(2) 钨组玻璃这类玻璃属于硼硅酸盐玻璃。它的力学性能、电性能均比较好，其膨胀系数 为（36〜ACOXIO—XT¹，常用于微波管中的封接件。这些封接件中大部分是与钨金属件实现封 接的。表16-14列出了与金属钨封接的几种玻璃。

在生产实际中能与钨连接的玻璃有许多种，其中有的玻璃热膨胀系数相差较小，甚至接近， 但也有相差较大的，如采用中间过渡层的方法可以达到封接的目的。

(3)钼组玻璃此类玻璃属于铝硼硅玻璃，它的主要化学成分、线膨胀系数和退火温度。

H26玻璃的软化点较高，含氧化铝、 氧化钙和氧化镁，都是二价氧化物，不含碱成分，多用于钼的封接件。705AJ含有较多的氧化 硼，可使玻璃变得软一些，更便于加工和与金属的封接。由于这种玻璃具有良好的电性能和高温 性能，常用于大、中功率电子器件中与钼的封接，能经得住高温烘烤。它与Kovar合金（4J29) 具有良好的匹配，应用很广泛。

(4)铂组玻璃此类玻璃中含有较多的PbO。在与金属钼等件封接时，如果采用还原性火焰 加热，可能使玻璃析出Pb，表面发黑，影响质量。铂的线膨胀系数与许多软玻璃的热膨胀系数 相接近，可以达到匹配的程度。另外，铂的屈服点较低，具有良好的塑性，可获得良好的封接。 尽管如此，由于铂的价格贵，在使用上受到限制。

玻璃中含氧化钾、钠氧化物和许多氧化铅，加入这些成分可以增加 这种玻璃的电阻率，常用于电子管连接件。

Kovar (Fe-Co-Ni)组玻璃常与这种金属连接的玻璃有许多种类。因为，Kovar合金 的线膨胀系数比较低，所用的玻璃线膨胀系数也较低，而且玻璃中含有较多氧化硼，氧化硅则相 对较少。这种玻璃易软化，能在较低的温度下熔化。

氧化镍、氧化钴，以增加其黏附性，提高封接件的质量。

(7) 中间玻璃此类玻璃起到了中间过渡层的作用。当玻璃与金属间的线膨胀系数相差较大 时，就可以采用这种中间过渡层的玻璃，可减少线膨胀系数相差的梯度，起到减缓的作用。一般 情况下，只要两材料线膨胀系数的差小于10%，就能获得比较满意的封接件。在实际生产中， 这种过渡玻璃种类较多，在不同条件下，采用不同的中间玻璃。这些玻璃也称为过渡层玻璃，关 于中间玻璃系列品种、成分组成和性能，在玻璃与金属基本封接工艺章节16.3.6.4中介绍。

(8) 焊接玻璃这种玻璃实际上就是玻璃焊料。它起到将玻璃与金属件由玻璃焊料熔化之 后，使之封接起来的作用。因为玻璃焊料的熔化温度均低于被封接的玻璃软化温度，在被封接玻 璃没有达到软化变化之前，由于焊料玻璃熔化，使两种件焊接起来，也有叫做低熔点玻璃的。例 如前面介绍的彩电显像管的锥体与屏幕封接时，就是采用这种玻璃焊料封接的。

常用的焊接玻璃有两种，一是非晶型焊接玻璃，二是结晶型焊接玻璃。表16-20是国内外在 生产中常用的低熔点玻璃焊料的成分及性能。结晶型玻璃焊料PbOZn0-B₂0₃系的组成与特性。

这种焊接玻璃的性能必须满足下列要求：

①开始软化的温度在500°C以下；

②焊接玻璃的线膨胀系数与被焊的材料相近；

③在焊料加热熔化时，不可产生挥发性成分，以防产生气泡等。

现今这种低熔点玻璃焊料应用范围很广，主要用在微晶玻璃封接，半导体、集成电路、彩色 显像管的屏锥的封接，光电器件等的封接。

应指出的是，关于电子工业用玻璃，已由原电子工业部制定了标准，如SJ 666—73，并已命 名如下：第一部分用字母“D”表示，它代表电真空玻璃；第二部分用S、W、M、B、G表示， 它们分别代表石英玻璃、钨组玻璃、钼组玻璃、铀组玻璃、钢铁组玻璃等；第三部分用中隔线 表示；第四部分用阿拉伯数字表示，它代表序号，例如，DB-401表示电真空铂组第401号 玻璃。