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玻璃的基本封接工艺技术

发布时间:2016/6/13

根据各种电真空器件及电子元件中金属与玻璃的结构特点,可选择不同的封接工艺。主要有 下面五种。

(1)套封封接套封封接又称管状封接。这类封接是管状金属与玻璃管的匹配封接或非匹配 封接,是指管状相封接的接头形式。在一般情况下,先将金属管件的一端,切成很薄并带有一定 锥度的接口,然后将直径大致相同的玻璃管件接合在金属外壁或内壁上。按封接方式不同可分内 壁封接,外壁封接,内外壁封接及插人式边缘封接等。用于大型振荡管的铜阳极与玻璃的封接, 以及某些管型的引出线的封接,大功率玻璃发射管中可伐与玻璃的封接等。

在套封封接结构里,玻璃和金属圆筒两者之间的收缩差在轴向可不必考虑;径向都是薄壁,

厚度变化的绝对值不会太大,也可以略去不计,此时,只有在周长的长度上的差异会迫使双方的 筒壁发生径向的挠曲性的变形。因此,应将金属筒的端部制成符合要求的薄边或刀口,利用其柔 韧的性能,减少玻璃部分的应力。此种封接被称为薄边封接或刀口封接。

①非匹配套封封接主要是无氧铜管与玻璃端面的封接,为了减少因铜与玻璃的膨胀差在 玻璃中产生的应力,铜管封接处应加工成刀口形,并要保证一定的封接形状。由于这种封接结构 强度较差,铜已逐渐被可伐所代替。为提高封接强度和气密性,多用内外壁封接

②匹配套封封接主要是可伐合金与钼组玻璃的封接,可采用玻璃与可伐的内壁或外壁封 接,多用内外壁封接。由于可伐与钼组玻璃为匹配封接,故可伐边缘不需采用薄边形式,边缘仅 需倒圆。封接时内外贴边的长度也可大致相等。此种结构的封接可在玻璃车床上(封接方法和玻 璃套封封接相同)或用高频感应加热封接,而采用火头或高频感应加热进行退火。

(2) 平封封接平封封接通常是玻管端面与金属环或金属盘的平面封接,所以又称为圆盘封 接。封接时在金属圆盘的两面,复上两根同轴等直径的玻管贴边,采用高频感应加热法。待玻璃 软化后,仅需施加极小的压力,就能使它与玻璃封接,多用于微波器件中。

①非匹配平封封接主要是铜盘与玻璃管端面的封接。为了降低铜盘与玻管的封接应力, 铜盘的厚度在0。25〜0。35mm左右,并具有适合变形的形状。玻管应与铜盘同心。封接端面要求 光面平滑,并且与轴面垂直。封接时多采用高频感应加热。铜盘在经过氧化处理后,可用硼砂处 理,也可直接与玻璃封接。另外,在玻管封接之前,还可先在铜盘上熔接一玻环或熔烧一层玻璃 粉以形成釉面。

②匹配平封封接主要是可伐盘与钼组玻璃的封接。可伐盘的形状,厚度无特殊要求,通 常为0.5〜3mm。采用高频感应加热封接。

若将一块玻璃的四周贴封在金属窗口的边缘上,则构成另一种平封封接——窗口封接。这种 封接被用在特种光源的制造中。

(3) 针封封接这种结构的封接是指金属导线被玻璃所包围实行封接的结构件。在封接件 中,金属以杆状或是管状形式被玻璃所包围,故又称围封封接。它的封接形式应用很广,常用于 电子管和灯泡工业生产中的梳形芯柱和平板芯柱的制造中,如图16-6所示。它是将玻璃喇叭 管、排气管、导线通过梳形芯柱机,熔封组合起来的。其熔封步骤是:将玻璃喇叭管放入夹具, 同时插入两根导线及一根排气管,用火头加热至软化,再用大火加热至熔化状态,用轧板轧扁封 接处使其基本成形,接着将芯柱肩部吹胖成圆弧形,并由排气管吹人压缩空气,打穿成排气孔, 最后将成形芯柱进行退火。


在一般情况下,被封接的金属导线的膨胀系数略大于玻璃的膨胀系数时,由于金属的膨胀系 数大,玻璃的膨胀系数小,因此,加热冷却封接后由于膨胀系数的差别,在接头中必然产生应 力。如果这种应力没有超过金属与玻璃的强度极限,则接头不能产生破裂,但是接头中保留了残 余应力。一般来说,金属受到了拉应力,相对地玻璃则受到了压应力。这种特征多是指针形接头 产生轴向应力。与此同时也会产生径向应力,如果金属冷却后收缩过大,而玻璃相对较小,这可 能产生金属与玻璃间的间隙,也可能略有增厚而金属杆径变大,都将受到拉应力。

综上所述,在进行针形封接时,必须考虑到玻璃与金属之间膨胀系数之差与接头应力的关系,由此选择两者之间获得良好结合的接头。

(4)中间玻璃过渡封接这是应用在膨胀系数相差较大的玻璃和金属间的封接法。当直接封 接的两种材料之间膨胀相差过大时,封接件会产生炸裂,因此在两个封接件之间采用过渡玻璃实 现膨胀系数和化学成分的逐渐变化。采用上述过渡玻璃层的办法解决了许多不能直接与之封接的 金属及玻璃。例如石英玻璃和钨组玻璃之间的封接,从线膨胀系数(20〜350°C) 5.6X10-7-1 到(35〜42) 10 -7-1要用四种过渡封接玻璃。Mo与硼酸玻璃的封接也采用此种方法。

为了得到良好的封接,不仅要求中间玻璃之间的线膨胀系数与温度关系曲线形状相似,相互 之间均匀隔开,中间玻璃的膨胀系数主要通过玻璃成分来控制。采用的中间玻璃通 常是硼硅酸盐玻璃。这类玻璃中氧化硅含量较高,碱含量极少。它是由各种氧化物(如Si02、 B203、A1203、ZnO, K20、Na20等)按不同比例直接熔制成所需膨胀系数的玻璃。利用这种过 渡层的玻璃,一般都会得到好的结果。其主要原因:一是过渡层较薄,可以调整热膨胀系数,能 显著降低封接中的应力;二是在较低的温度熔成的过渡玻璃,也能减小封接应力,同时也减小了 金属的氧化过程;其三就是已选择和调整过渡玻璃的热膨胀系数。更为主要的是这种玻璃与金属 有优良的润滑性。

(5)金属焊料封接法玻璃金属化的方法很多,主要有下列四种:

①把金属粉末或金属化合物的悬浊液涂于玻璃表面,加热后获得金属膜,如银层、铂层或 儀合金层。

②采用真空镀膜的方法。通常在约103Toit (lTorr=133- 322Pa)的真空度下,把铝、镁、

镍、钼、银、金等金属从钨丝上加热蒸发到清净的玻璃表面,并加以烘烤,以提高成膜牢度。

③阴极溅射成膜。把玻璃放置于阴极附近,在102TOrr的真空度下,通以1000〜2000V高 压,使阴极放电,金属溅于玻璃表面。此法优点是膜厚均匀而致密,缺点是溅射速率慢。

④喷涂法涂覆金属膜。金属粉末或液态金属送人喷嘴,加热熔融成微小液滴并喷涂在热态 的玻璃表面上。玻璃层必须事先加热,但必须低于软化温度,使金属渗透到玻璃表面层,牢固地 黏附在它上面。


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