封接合金又稱定膨脹合金或可伐合金。在-70至500℃溫度範圍內，具有比較恆定的較低或中等程度膨脹係數的合金。它與玻璃或陶瓷等被封接材料的膨脹係數相接近，從而達到匹配封接的效果。主要類型有鐵鎳、鐵鎳鈷、鐵鎳鉻系合金。還有無氧銅、鎢、鉬及其合金和複合材料。主要用於電子工業及電真空工業作封接材料。
基本介紹
- 中文名：封接合金
- 外文名：sealing alloy
- 別稱：定膨脹合金、可伐合金
- 作用：封接的材料
發展歷程,作用原理,特點性能要求,常見類型,
發展歷程
19世紀初，已開始用鉑作為封接材料與軟玻璃封接。1879年，愛迪生(T.Edison)發明的白熾燈泡以及早期的電子管和X射線管通過玻璃的引出線都用鉑絲。在 1896年法國吉堯姆 (C.E.Guillaume)製成因瓦(Invar)合金(36Ni-Fe)以後,又派生出了代替鉑的46Ni-Fe封接合金，這是最早的封接合金。後來進一步改進這種合金,在表面覆一層薄銅,這種覆銅的42Ni-Fe絲(俗稱杜美絲，Dumet Wire)用作非匹配軟玻璃封接引出線一直使用到70年代。隨著電真空技術的發展，出現了熔點高、熱穩定性好、熱膨脹係數更低的硬玻璃。初期採用鉬或鎢與硬玻璃封接。20世紀30年代出現了與硬玻璃封接的稱為可伐 (Kovar)的Fe-Ni-Co合金;此外,還出現了與軟玻璃封接的Fe-Ni-Cr系、Fe-Cr系、Fe-Ni-Cu系等封接合金。
第二次世界大戰後，隨著超高頻、大功率電真空器件的發展，出現了與氧化鋁、氧化鈹等陶瓷封接的合金。對膨脹合金提出兼具高導熱、高導電、無磁性等物理性能的要求。為此採用了複合膨脹合金（如覆銅的可伐合金帶材和絲材）、含難熔金屬的封接合金 （如Ni-Mo、Ni-Mo-W系等），但用量都不大。
在一定的溫度範圍內，金屬與玻璃的熱膨脹係數相一致的封接稱為匹配封接。兩者的熱膨脹係數相差較大的封接稱為非匹配封接。一般採用匹配封接，以保證密封質量。附表列出了一些常用封接合金的牌號、成分、平均熱膨脹係數和用途。圖2和3分別示出合金、玻璃和陶瓷的膨脹曲線。
作用原理
金屬與玻璃封接是靠金屬表面所形成的一層緻密的氧化膜與加熱後的玻璃通過擴散熔融而完成結合的。金屬與陶瓷不能直接熔融粘合，而是在陶瓷封接面金屬化後用焊料來連線。在封接和使用的整個過程中，封接合金不應發生能引起膨脹特性有明顯變化的相變。封接合金的熔點需高於玻璃熔封和陶瓷封焊的溫度，應能與無氧銅等金屬釺焊或熔焊，並具有良好的加工性，以便製成絲材、帶材、管材和衝壓成各種形狀的複雜零件。
特點性能要求
封接合金的特點為：
1)製造電子管各工藝溫度範圍內和管子使用溫度範圍內，合金的熱膨脹特性都應與玻璃或陶瓷相匹配。
2)在使用溫度範圍內，合金組織不得發生變化；
3)合金表面應容易形成牢固而緻密的氧化膜；
4)合金的熔點應高於玻璃的封接溫度；
5)合金的封接、焊接、電鍍和機械加工等工藝性能良好；
6)不純物質(揮發物)、夾雜物、氣體含量應儘量少；
7)塑性良好，能經受冷、熱變形，容易製成各種形狀的零件。
在這些性能要求中，最重要的是與玻璃或陶瓷接近的熱膨脹特性和對玻璃有良好的浸潤性。這兩個性質總稱為合金的可封接性。
常見類型
玻璃封接用鉻鐵合金
和玻璃封接用的鉻鐵合金是含鉻28%的鉻鐵合金，又稱做高鉻鋼或28號膨脹合金。合金中由於加入了鉻，使膨脹係數降低，因此可與軟玻璃進行匹配封接。含鉻量高的鉻鐵合金，一般在室溫至熔點溫度的全部範圍內將是鐵氧體的狀態，所以也稱做鐵氧體的鉻鐵合金。這種合金在封接前需在濕氫中加熱到950℃，使表面形成灰綠色的、薄而緻密的CrO3及Fe2O3的氧化層，這種氧化層能很好地溶入玻璃並形成草綠色或褐綠色的封接面。這種合金的特點是，由於含鉻量大於28%，因而其相變點特別高。一般顯像管的第二陽極引線帽及彩色顯像管中屏上固定蔭罩框架的錐頭。圓掃描示波管的偏轉電極針等，以及盤形芯柱的管針，均是由高鉻鋼製的。過去當顯像管玻璃錐體的壓制工藝未解決時，曾用高鉻鋼作成金屬錐體，再和玻璃屏進行封接，這在一些老式顯像管中還可看到。然而必須注意，當加熱到800-1200℃以上時，將產生奧斯丁體鐵，這種奧斯丁體的膨脹係數要比鐵氧體的鉻鐵合金大得多，並且在較低溫度時，仍能穩定地保存在合金中，在這種情況下，將使膨脹係數改變，因而就會出現膨脹係數特性曲線不正常的危險，而使材料不適合和玻璃封接。因此，鐵氧體的鉻鐵合金無論是在冶煉生產中或是在使用中，對於奧斯丁體的出現，必須給予很大的注意。
鉻鐵合金沒有氧化的危險，所產生的綠到鼠灰色的氧化鉻及氧化鐵表面層，是非常牢固地附著在合金絲上，並且在封接過程中還可防止進一步的氧化。
鐵鎳鈷玻璃封接合金
這種合金屬於精密合金，又稱可伐。它是鐵、鎳、鈷的合金，一般含鎳29%，鈷18%，其餘是鐵。其膨脹係數由於鈷的加入而降低，與鉬及硬玻璃相近，適合於和硬玻璃作匹配封接。封接時表面生成有氧化鑽的氧化層，而氧化鈷極易溶於玻璃中而形成鼠灰色的封接面。當氧氣不足時，由於氧化層幾乎全部溶入玻璃而使封接面呈金屬本身的銀白色，雖不漏氣，但強度很差。氧化過度時，則因氧化層太厚而呈深灰色甚至黑色，易造成漏氣。
可伐的優點是其膨脹係數隨溫度變化的曲線與鉬組玻璃的膨脹曲線幾乎重合，因此與鉬組玻璃封接時，其可靠性更高，這就使封接後的退火工藝較為簡單。可伐的缺點是在變形加工時，它的結晶結構易於轉變(奧斯丁體轉變成馬丁體)而使性能變化，如電阻率增加。因此，可伐零件在進行這類加工後，必須進行退火處理。在封接前，可伐零件須在1000℃左右濕氫中的退火，既可消除應力，還可使表面脫碳，這就使可伐不致在今後封接加熱時，由於表面碳的氧化使封接處出現氣泡而降低了封接處的強度和造成慢性漏氣。另外，因可伐的電阻率高，如用作引線時，若考慮到過熱所引起的炸裂問題，一般要在可伐表面上鍍上一層高導電率的材料，如金、銀、銅．或做成大面積接觸。可伐的成分比例很重要，否則將影響封接面的應力。
在電真空器件中，鐵鎳鑽封接合金廣泛地用來製造引出環、引出線和管殼等零件。
鐵鎳鈷陶瓷封接合金
這種合金屬於精密合金，也是鐵、鎳、鈷的合金，又稱為陶瓷可伐。在-60-600℃時它的膨脹係數與95%氧化鋁陶瓷相近，常用來和陶瓷作匹配封接。在金屬陶瓷發射管、行波管、速調管等器件和真空電容器中，鐵鎳鑽陶瓷封接合金廣泛地用來製作引出線、引出環、管殼等零件。
