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可伐(Kovar)合金作為電子封裝行業(yè)中常用的金屬外殼材料,由于其具有與鉬組玻璃為接近的線膨脹系數(shù),以及在與鉬組玻璃封接(熔封)過程中能產生小的封接應力,從而獲得良好的氣密性。為使金屬管殼能達到氣密性封接,在整個封接工藝中,退火工序無疑起著一個承上啟下的重要作用,它既了金屬零件在前序——制造加工中產生的內應力,又為金屬零件在后續(xù)工序——封接工序的實施作好了材料組織上的準備。
可伐合金物理性能
比重 8.36
密度 0.3020lb/in3
導熱性 120.0 BTU-in/hr/ft2/°F
彈性系數(shù)(E) 20.0 x 103 ksi
電阻(70.0°F) 294.0 ohm-cir-mil/ft
居里溫度 815°F
熔點 2640°F
磁性
Kovar®合金在居里溫度之下都有磁性,磁性能取決于熱處理。硬度越小,導磁率越高,滯后損失越小。
可控氣氛
在可伐合金中總存在著各種雜質,其中既有固態(tài)雜質,如碳、錳、硅等等,也含有氣態(tài)雜質,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,產生CO2或CO,導致漏氣、漏孔,因此在退火過程中,對可伐零件表面進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,同時當溫度在700℃以上時,它具有一定的脫碳作用,而水蒸汽具有強烈的脫碳作用。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)生如下化學反應:
上述化學反應是可逆反應,在密閉容器中反應是不能進行到底的,只能達到一個動態(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,應控制退火爐中的氣氛為還原氣氛。根據(jù)在上述反應中,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。在生產中通過測量“露點”來間接測量水蒸汽含量。在可控氣氛退火爐中,為防止空氣向爐內擴散,通常爐內氣壓略大于101325 Pa,為方便計算,則假定爐內氣壓為101325 Pa,采用1000℃的退火溫度。,Kp為當反應達到平衡時的平衡常數(shù),A為固體反應物的活度,P為氣體反應物的分壓強。
可伐合金毛細管退火溫度及保溫時間
可伐合金是一種奧氏體組織材料,所以,只能通過晶體的重新形核和長大,即再結晶退火來加工硬化和形變應力。
再結晶溫度是指經(jīng)過大變形量冷加工的金屬,在1 h的保溫時間內能夠完全再結晶的溫度。金屬所受變形度越大,所具內能越大,則其再結晶溫度就越底。工業(yè)上再結晶退火溫度一般要比再結晶溫度高100~200℃左右,保溫時間為30~60min??煞サ脑俳Y晶溫度大約為700~750℃,因此其再結晶退火溫度應為900~950℃。有資料介紹可伐的再結晶退火溫度為930℃左右,若單純只為了加工硬化和形變應力,則以930℃保溫30~60min即可。但在金屬外殼封接工藝中,可伐與玻璃的實際燒結溫度高達到960℃,為了保證在這一溫度下,能得到更純、含雜質更少的可伐材料,一般要求退火溫度不應低于燒結溫度:退火溫度=燒結溫度+30~50℃,達到1000±10℃,高于可伐的再結晶退火溫度。為了避免過高的溫度引起材料晶體顆粒的二次再結晶,使晶粒不均勻長大,可以通過縮短保溫時間來控制??傊?,退火溫度越高,保溫時間就相應縮短。
當裝爐量大或零件尺寸較大時,應適當延遲保溫時間,此時退火溫度不應太高,防止熱透不均勻,局部晶粒長大。
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