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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。它还有极良好的透明性,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。

(6)钢组玻璃这类玻璃中含有较多的氧化铅和氧化硅,还含有较多的碱成分,例如L14 及C31等玻璃。它们的线膨胀系数较大,可与Fe~Cr合金(4J28)等钢铁连接。尤其是No542更 适应与铁(Fe)的封接。由于这种玻璃含有大量的PbO,为了不使PbO分解,在钢铁与玻璃之 间涂上一层不含铅的玻璃。R16玻璃是不含铅的,所以可用来涂覆铁的封接件。还可以加入少量


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。

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