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可伐合金發(fā)展歷程
19世紀(jì)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(fā)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)制成因瓦(Invar)合金(36Ni-Fe)以后,又派生出了代替鉑的46Ni-Fe封接合金,這是早的封接合金。后來進(jìn)一步改進(jìn)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(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了熔點(diǎn)高、熱穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)更低的硬玻璃。初期采用鉬或鎢與硬玻璃封接。20世紀(jì)30年代出現(xiàn)了與硬玻璃封接的稱為可伐 (Kovar)的Fe-Ni-Co合金;此外,還出現(xiàn)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(zhàn)后,隨著超高頻、大功率電真空器件的發(fā)展,出現(xiàn)了與氧化鋁、氧化鈹?shù)忍沾煞饨拥暮辖稹ε蛎浐辖鹛岢黾婢吒邔?dǎo)熱、高導(dǎo)電、無磁性等物理性能的要求。為此采用了復(fù)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。
可控氣氛
在可伐合金中總存在著各種雜質(zhì),其中既有固態(tài)雜質(zhì),如碳、錳、硅等等,也含有氣態(tài)雜質(zhì),如H2O、CO和CO2。其中由于碳在高溫封接中,會與水氣或氧發(fā)生氧化反應(yīng),產(chǎn)生CO2或CO,導(dǎo)致漏氣、漏孔,因此在退火過程中,對可伐零件表面進(jìn)行脫碳處理就顯得十分必要。另外,可伐零件的表面也或多或少地存在著金屬氧化物,故將金屬氧化物進(jìn)行還原也是必需的。眾所周知,氫氣是一種還原性氣體,它能還原金屬氧化物,同時當(dāng)溫度在700℃以上時,它具有一定的脫碳作用,而水蒸汽具有強(qiáng)烈的脫碳作用。因此,一般選擇濕氫作為可伐零件退火的氣氛。在高溫濕氫中,發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):
上述化學(xué)反應(yīng)是可逆反應(yīng),在密閉容器中反應(yīng)是不能進(jìn)行到底的,只能達(dá)到一個動態(tài)的平衡。對式(2)和(3)來說,水蒸汽是氧化性氣體,而H2是還原性氣體,為了使退火中的[Fe]不被氧化,應(yīng)控制退火爐中的氣氛為還原氣氛。根據(jù)在上述反應(yīng)中,水蒸汽處于一種比較活躍的位置,所以只要控制了爐中水蒸汽含量,便可控制爐中的氣氛。在生產(chǎn)中通過測量“露點(diǎn)”來間接測量水蒸汽含量。在可控氣氛退火爐中,為防止空氣向爐內(nèi)擴(kuò)散,通常爐內(nèi)氣壓略大于101325 Pa,為方便計算,則假定爐內(nèi)氣壓為101325 Pa,采用1000℃的退火溫度。,Kp為當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時的平衡常數(shù),A為固體反應(yīng)物的活度,P為氣體反應(yīng)物的分壓強(qiáng)。
可伐合金
可伐合金在-80-450溫度范圍,與一些高硅硼硬玻璃的膨脹系數(shù)一致,被廣泛用于高真空玻璃-金屬氣密封接。如高頻功率管、整流管、X射線管的底座或陽極引出帽。晶體管和集成電路底盤、引出線或支架等,與高Al2O3陶瓷封接制作陶瓷管。
KOVAR為含鎳29,鈷17的硬玻璃鐵基封接合金。該合金在20450范圍內(nèi)具有與硬玻璃相近的線膨脹系數(shù)和相應(yīng)的硬玻璃能進(jìn)行有效封接匹配,和較高的居里點(diǎn)以及良好的低溫組織穩(wěn)定性,合金的氧化膜致密,容易焊接和熔接,有良好可塑性,可切削加工,等特點(diǎn)??煞ズ辖鹨驗楹挸煞?,產(chǎn)品比較耐磨。
可伐易與鉬組玻璃進(jìn)行配合封接 ,一般工件表面要求鍍金。
其狀態(tài)有硬態(tài)和軟態(tài)兩種。
在一定的溫度范圍內(nèi),金屬與玻璃的熱膨脹系數(shù)相一致的封接稱為匹配封接。兩者的熱膨脹系數(shù)相差較大的封接稱為非匹配封接。一般采用匹配封接,以保證密封質(zhì)量。
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