stringtranslate.com

Стеклометаллическое уплотнение

Урановое стекло, используемое в качестве вводных уплотнителей в вакуумном конденсаторе

Стеклометаллические уплотнения — это тип механического уплотнения , соединяющего стеклянные и металлические поверхности. Они являются очень важными элементами в конструкции вакуумных трубок , электроразрядных трубок , ламп накаливания , стеклянных полупроводниковых диодов , герконовых переключателей , стеклянных окон в металлических корпусах, а также металлических или керамических корпусов электронных компонентов .

Правильно выполненное, такое уплотнение герметично (способно поддерживать вакуум , хорошую электроизоляцию , особые оптические свойства, например, УФ-лампы). Для достижения такого уплотнения должны соблюдаться два свойства:

  1. Расплавленное стекло должно быть способно смачивать металл, чтобы образовать прочную связь, и
  2. Тепловое расширение стекла и металла должно быть максимально согласовано, чтобы уплотнение оставалось прочным при охлаждении конструкции.

Если, например, подумать о металлической проволоке в уплотнении стеклянной колбы, то контакт металл-стекло может сломаться, если коэффициенты теплового расширения (КТР) не будут хорошо выровнены. В случае, если КТР металла больше КТР стекла, герметизация с высокой вероятностью сломается при охлаждении. При понижении температуры металлическая проволока сжимается больше, чем стекло, что приводит к сильному растягивающему усилию на стекле, что в конечном итоге приводит к поломке. С другой стороны, если КТР стекла больше КТР металлической проволоки, герметизация затянется при охлаждении, поскольку к стеклу прикладывается сила сжатия.

Имеющиеся в продаже уплотнительные и паяльные стекла
Данные о тепловом расширении некоторых металлов и сплавов

Учитывая все требования, которые необходимо выполнить, и острую необходимость выравнивания КТР обоих материалов, лишь несколько компаний предлагают специальное стекло для герметизации стекло-металл, например, SCHOTT AG и Morgan Advanced Materials .

Связи стекло-металл

Стекло и металл могут соединяться вместе чисто механическими способами, что обычно дает более слабые соединения, или путем химического взаимодействия, когда оксидный слой на поверхности металла образует прочную связь со стеклом (само стекло примерно на 73% состоит из диоксида кремния (SiO 2 )). Кислотно-щелочные реакции являются основными причинами взаимодействия между стеклом и металлом в присутствии оксидов металлов на поверхности металла. [ необходима цитата ] После полного растворения поверхностных оксидов в стекле дальнейший прогресс взаимодействия зависит от активности кислорода на границе раздела. Активность кислорода может быть увеличена за счет диффузии молекулярного кислорода через некоторые дефекты, такие как трещины.

Также, уменьшение термодинамически менее стабильных компонентов в стекле (и высвобождение ионов кислорода) может увеличить активность кислорода на границе раздела. Другими словами, окислительно-восстановительные реакции являются основными причинами взаимодействия между стеклом и металлом при отсутствии оксидов металлов на поверхности металла. [1]

Для достижения вакуумной герметичности уплотнение не должно содержать пузырьков. Пузырьки чаще всего создаются газами, вытекающими из металла при высокой температуре; поэтому дегазация металла перед его герметизацией важна, особенно для никеля и железа и их сплавов. Это достигается путем нагрева металла в вакууме или иногда в атмосфере водорода, а в некоторых случаях даже на воздухе при температурах выше тех, которые используются в процессе герметизации. Окисление поверхности металла также снижает выделение газа. Большая часть выделяющегося газа образуется из-за наличия примесей углерода в металлах; их можно удалить путем нагревания в водороде. [2]

Связь стекло-оксид прочнее, чем связь стекло-металл. Оксид образует слой на поверхности металла, причем доля кислорода в металле изменяется от нуля до стехиометрии оксида и самого стекла. Слишком толстый слой оксида имеет тенденцию быть пористым на поверхности и механически слабым, отслаиваясь, что снижает прочность связи и создает возможные пути утечки вдоль интерфейса металл-оксид. Поэтому правильная толщина слоя оксида имеет решающее значение.

Медь

Металлическая медь плохо связывается со стеклом. Оксид меди (I) , однако, смачивается расплавленным стеклом и частично растворяется в нем, образуя прочную связь. Оксид также хорошо связывается с лежащим под ним металлом. Но оксид меди (II) вызывает слабые соединения, которые могут протекать, и его образование необходимо предотвратить.

Для соединения меди со стеклом поверхность должна быть должным образом окислена. Оксидный слой должен иметь правильную толщину; слишком мало оксида не даст достаточно материала для закрепления стекла, слишком много оксида приведет к разрушению оксидного слоя, и в обоих случаях соединение будет слабым и, возможно, негерметичным. Чтобы улучшить соединение со стеклом, оксидный слой следует борировать; это достигается, например, погружением горячей детали в концентрированный раствор буры и последующим повторным нагреванием в течение определенного времени. Такая обработка стабилизирует оксидный слой, образуя тонкий защитный слой бората натрия на его поверхности, поэтому оксид не становится слишком толстым во время последующей обработки и соединения. Слой должен иметь равномерный темно-красный или пурпурный блеск. [3] [4] Оксид бора из борированного слоя диффундирует в стекло и снижает его температуру плавления. Окисление происходит за счет диффузии кислорода через расплавленный слой бората и образования оксида меди (I), в то время как образование оксида меди (II) ингибируется. [2]

Медно-стеклянная печать должна выглядеть ярко-красной, почти алой; также приемлемы розовый, хересный и медовый цвета. Слишком тонкий слой оксида выглядит светлым, вплоть до цвета металлической меди, а слишком толстый оксид выглядит слишком темным.

Бескислородную медь необходимо использовать, если металл контактирует с водородом (например, в трубке, заполненной водородом , или во время обработки в пламени). Обычно медь содержит небольшие включения оксида меди (I) . Водород диффундирует через металл и реагирует с оксидом, восстанавливая его до меди и выделяя воду. Однако молекулы воды не могут диффундировать через металл, задерживаются в месте включения и вызывают охрупчивание .

Так как оксид меди (I) хорошо связывается со стеклом, его часто используют для комбинированных стеклянно-металлических устройств. Пластичность меди можно использовать для компенсации несоответствия теплового расширения, например, в ножевых уплотнениях. Для проволочных вводов часто используют проволоку Dumet – сплав никеля и железа, покрытый медью. Однако ее максимальный диаметр ограничен примерно 0,5 мм из-за теплового расширения.

Медь можно приварить к стеклу без оксидного слоя, но полученное соединение будет менее прочным.

Платина

Платина имеет похожее на стекло тепловое расширение и хорошо смачивается расплавленным стеклом. Однако она не образует оксидов, поэтому прочность ее связи ниже. Уплотнение имеет металлический цвет и ограниченную прочность.

Золото

Как и платина, золото не образует оксидов, которые могли бы способствовать связыванию. Поэтому связи стекло-золото имеют металлический цвет и слабы. Золото, как правило, используется для уплотнений стекло-металл лишь изредка. Существуют специальные составы натриево-кальциевых стекол, которые соответствуют тепловому расширению золота, содержащие триоксид вольфрама и оксиды лантана, алюминия и циркония. [5]

Серебро

Серебро образует на своей поверхности тонкий слой оксида серебра . Этот слой растворяется в расплавленном стекле и образует силикат серебра, способствуя прочной связи. [6]

никель

Никель может соединяться со стеклом либо как металл, либо через слой оксида никеля (II) . Металлическое соединение имеет металлический цвет и низкую прочность. Соединение оксидного слоя имеет характерный зеленовато-серый цвет. Никелирование может использоваться аналогично меднению, чтобы способствовать лучшему сцеплению с нижележащим металлом. [3]

Железо

Железо редко используется для проходных соединений, но часто покрывается стекловидной эмалью , где интерфейс также представляет собой связь стекло-металл. Прочность связи также регулируется характером оксидного слоя на его поверхности. Присутствие кобальта в стекле приводит к химической реакции между металлическим железом и оксидом кобальта , в результате чего оксид железа растворяется в стекле, а кобальт сплавляется с железом и образует дендриты , прорастающие в стекло и улучшающие прочность связи. [6]

Железо нельзя напрямую герметизировать свинцовым стеклом , так как оно реагирует с оксидом свинца и восстанавливает его до металлического свинца. Для герметизации свинцовых стекол его необходимо покрыть медью или использовать промежуточное бессвинцовое стекло. Железо склонно создавать газовые пузырьки в стекле из-за остаточных углеродных примесей; их можно удалить нагреванием во влажном водороде. Также рекомендуется покрывать медью, никелем или хромом. [2]

Хром

Хром — высокореактивный металл, присутствующий во многих сплавах железа. Хром может реагировать со стеклом, восстанавливая кремний и образуя кристаллы силицида хрома, которые прорастают в стекло и скрепляют металл и стекло, улучшая прочность связи. [6]

Ковар

Ковар , сплав железа, никеля и кобальта, имеет низкое тепловое расширение, аналогичное высокому боросиликатному стеклу , и часто используется для уплотнений стекло-металл, особенно для применения в рентгеновских трубках или стеклянных лазерах. Он может связываться со стеклом через промежуточный оксидный слой оксида никеля (II) и оксида кобальта (II) ; доля оксида железа низкая из-за его восстановления кобальтом. Прочность связи сильно зависит от толщины и характера оксидного слоя. [4] [6] Присутствие кобальта облегчает плавление и растворение оксидного слоя в расплавленном стекле. Серый, серо-голубой или серо-коричневый цвет указывает на хорошее уплотнение. Металлический цвет указывает на отсутствие оксида, в то время как черный цвет указывает на чрезмерно окисленный металл, что в обоих случаях приводит к слабому соединению. [2]

Молибден

Молибден связывается со стеклом через промежуточный слой оксида молибдена (IV) . Благодаря низкому коэффициенту теплового расширения, соответствующему стеклу, молибден, как и вольфрам, часто используется для соединений стекло-металл, особенно в сочетании с алюмосиликатным стеклом. Его высокая электропроводность делает его превосходным по сравнению со сплавами никеля, кобальта и железа. Он популярен в светотехнической промышленности в качестве вводов для лампочек и других устройств. Молибден окисляется гораздо быстрее вольфрама и быстро образует толстый оксидный слой, который плохо прилипает, поэтому его окисление должно быть ограничено только желтоватым или максимум сине-зеленым цветом. Оксид летуч и испаряется в виде белого дыма при температуре выше 700 °C; избыток оксида можно удалить путем нагревания в инертном газе (аргоне) при 1000 °C. Полоски молибдена используются вместо проводов, где требуются более высокие токи (и более высокие поперечные сечения проводников). [2]

Вольфрам

Вольфрам связывается со стеклом через промежуточный слой оксида вольфрама (VI) . Правильно сформированная связь имеет характерный медный/оранжевый/коричнево-желтый цвет в стеклах без лития; в стеклах, содержащих литий, связь синяя из-за образования вольфрамата лития . Благодаря своему низкому коэффициенту теплового расширения, соответствующему стеклу, вольфрам часто используется для связей стекло-металл. Вольфрам образует удовлетворительные связи со стеклами с аналогичным коэффициентом теплового расширения, такими как высокоборосиликатное стекло . Поверхность как металла, так и стекла должна быть гладкой, без царапин. [4] Вольфрам имеет самый низкий коэффициент расширения среди металлов и самую высокую температуру плавления.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь марки 304 образует связи со стеклом через промежуточный слой оксида хрома (III) и оксида железа (III) . Возможны дальнейшие реакции хрома, образующие дендриты силицида хрома. Однако коэффициент теплового расширения стали довольно сильно отличается от коэффициента теплового расширения стекла; как и в случае с медью, это можно смягчить, используя уплотнения с ножевым краем (Houskeeper). [4]

Цирконий

Циркониевую проволоку можно прикрепить к стеклу с помощью небольшой обработки – натирания абразивной бумагой и короткого нагрева в пламени. Цирконий используется в приложениях, требующих химической стойкости или отсутствия магнетизма. [2]

Титан

Титан , как и цирконий, можно прикрепить к некоторым стеклам с помощью лишь небольшой обработки. [2]

Индий

Индий и некоторые его сплавы могут использоваться в качестве припоя, способного смачивать стекло, керамику и металлы и соединять их вместе. [7] Индий имеет низкую температуру плавления и очень мягок; мягкость позволяет ему пластически деформироваться и поглощать напряжения от несоответствий теплового расширения. Благодаря очень низкому давлению паров индий находит применение в стеклометаллических уплотнениях, используемых в вакуумной технике [8] и криогенных приложениях. [9]

Галлий

Галлий — мягкий металл с температурой плавления 30 °C. Он легко смачивает стекла и большинство металлов и может использоваться для уплотнений, которые могут быть собраны/разобраны при небольшом нагревании. Его можно использовать в качестве жидкого уплотнителя вплоть до высоких температур или даже при более низких температурах в сплаве с другими металлами (например, как галинстан ). [8]

Меркурий

Ртуть — это металлическая жидкость при нормальной температуре, которая не смачивает стекло. Она использовалась как самое раннее уплотнение стекло-металл и до сих пор используется для жидких уплотнений, например, вращающихся валов.

Меркурийная печать

Первым технологическим применением стеклометаллического уплотнения было инкапсуляция вакуума в барометре Торричелли . Жидкая ртуть смачивает стекло и, таким образом, обеспечивает вакуумную герметичность. Жидкая ртуть также использовалась для герметизации металлических выводов ранних ртутных дуговых ламп в кварцевых колбах.

Менее токсичной и более дорогой альтернативой ртути является галлий .

Для вакуумной герметизации вращающихся валов могут использоваться ртутные и галлиевые уплотнения.

Платиновая проволочная пломба

Следующим шагом стало использование тонкой платиновой проволоки . Платина легко смачивается стеклом и имеет такой же коэффициент теплового расширения , как типичное натриево-кальциевое и свинцовое стекло . С ней также легко работать из-за ее неокисляемости и высокой температуры плавления. Этот тип уплотнения использовался в научном оборудовании на протяжении всего 19 века, а также в ранних лампах накаливания и радиолампах.

Проволочная пломба Дюмета

В 1911 году была изобретена проволочная пломба Дюме , которая до сих пор [ когда? ] является общепринятой практикой для герметизации медных проводов с помощью натриево-кальциевого или свинцового стекла .

Если медь правильно окислить до того, как она будет смочена расплавленным стеклом, можно получить вакуумно-плотное уплотнение с хорошей механической прочностью. После окисления меди ее часто окунают в раствор буры , поскольку борирование меди помогает предотвратить чрезмерное окисление при повторном попадании в пламя. Простая медная проволока непригодна для использования, поскольку ее КТР намного выше, чем у стекла. Таким образом, при охлаждении на границу раздела стекло-металл действует сильная сила растяжения, и она ломается.

Интерфейсы стекло-металл особенно чувствительны к растягивающему напряжению. Провод Дюме — это провод с медным покрытием (25% меди по весу) с сердечником из сплава никеля и железа 42 (42% никеля по весу). [10] Сердечник с низким КТР позволяет производить провод с радиальным КТР ниже линейного КТР стекла, так что интерфейс стекло-металл находится под низким напряжением сжатия. Также невозможно регулировать осевое тепловое расширение провода. Из-за гораздо более высокой механической прочности сердечника из никеля и железа по сравнению с медью, осевой КТР провода примерно такой же, как у сердечника. Поэтому возникает напряжение сдвига , которое ограничивается безопасным значением из-за низкой прочности меди на растяжение. Это также является причиной того, что Дюме полезен только для проводов диаметром менее 0,5 мм. [ необходимо разъяснение ] [ необходима цитата ]

В типичном уплотнении Дюме через основание вакуумной трубки короткий кусок проволоки Дюме приварен встык к никелевой проволоке на одном конце и к медной проволоке на другом конце. Когда основание прессуется из свинцового стекла, проволока Дюме и короткая часть никелевой и медной проволоки оказываются заключенными в стекло. Затем никелевая проволока и стекло вокруг проволоки Дюме нагреваются газовым пламенем , и стекло приваривается к проволоке Дюме.

Никель и медь не герметично прилегают к стеклу, а механически поддерживаются. Стыковая сварка также позволяет избежать проблем с утечками газа на границе между сердечником и медью.

Уплотнение медной трубки

Три типа уплотнений медных трубок (из Bell System Technical Journal , 1922). В варианте A край меди не контактирует со стеклом. В вариантах B и C медь обработана до острого ножевого края, контактирующего со стеклом, при этом стекло находится либо внутри (B), либо снаружи (C) меди.

Другой возможностью избежать сильного растягивающего напряжения при герметизации меди через стекло является использование тонкостенной медной трубки вместо сплошной проволоки. Здесь в интерфейсе стекло-металл нарастает напряжение сдвига, которое ограничивается низкой прочностью меди на разрыв в сочетании с низким растягивающим напряжением. Медная трубка нечувствительна к высокому электрическому току по сравнению с уплотнением Дюме, потому что при нагревании растягивающее напряжение преобразуется в сжимающее напряжение, которое снова ограничивается прочностью меди на разрыв. Кроме того, можно провести через медную трубку дополнительный сплошной медный провод. В более позднем варианте только короткий участок медной трубки имеет тонкую стенку, а медная трубка не может сжиматься при охлаждении из-за керамической трубки внутри медной трубки.

Если большие части меди должны быть установлены на стекло, как охлаждаемый водой медный анод мощной радиопередающей трубки или рентгеновской трубки, исторически используется уплотнение ножевого края Houskeeper. Здесь конец медной трубки обрабатывается до острого ножевого края, изобретенного O. Kruh в 1917 году. В методе, описанном WG Houskeeper, внешняя или внутренняя часть медной трубки прямо до ножевого края смачивается стеклом и соединяется со стеклянной трубкой . [11] В более поздних описаниях ножевой край просто смачивается стеклом на несколько миллиметров в глубину, обычно глубже внутри, а затем соединяется со стеклянной трубкой .

Если медь припаяна к стеклу, то выгодно получить тонкую ярко-красную медь.
2
Содержащий O
слой между медью и стеклом. Это делается путем борирования. По У. Дж. Скотту омедненная вольфрамовая проволока погружается примерно на 30 с в хромовую кислоту, а затем тщательно промывается в проточной водопроводной воде. Затем ее окунают в насыщенный раствор буры и нагревают до ярко-красного каления в окислительной части газового пламени. Возможно, с последующей закалкой в ​​воде и сушкой. Другой метод заключается в том, чтобы слегка окислить медь в газовом пламени, а затем окунуть ее в раствор буры и дать высохнуть. Поверхность борированной меди черная при нагревании и становится темно-винно-красной при охлаждении.

Также можно сделать блестящий шов между медью и стеклом, где сквозь стекло будет видна чистая медная поверхность, но это обеспечивает меньшую адгезию, чем шов с красной медью.
2
O
-содержащий слой. Если стекло плавится на меди в восстановительной водородной атмосфере, то уплотнение будет крайне слабым. Если медь должна нагреваться в водородосодержащей атмосфере, например, в газовом пламени, она должна быть бескислородной, чтобы предотвратить водородную хрупкость. Медь, которая предназначена для использования в качестве электрического проводника, не обязательно бескислородная и содержит частицы Cu
2
O
, которые реагируют с водородом, который диффундирует в медь, образуя H
2
O
, который не может диффундировать из меди и, таким образом, вызывает охрупчивание. Медь, обычно используемая в вакуумных приложениях, имеет очень чистое качество OFHC (безкислородная-высокая проводимость), которое не содержит Cu
2
О
и раскисляющие присадки, которые могут испаряться при высокой температуре в вакууме.

Уплотнение медного диска

В уплотнении медного диска, предложенном WG Houskeeper, конец стеклянной трубки закрыт круглым медным диском. Дополнительное кольцо стекла на противоположной стороне диска увеличивает возможную толщину диска до более чем 0,3 мм. Наилучшая механическая прочность достигается, если обе стороны диска сплавлены с одним и тем же типом стеклянной трубки , и обе трубки находятся под вакуумом. Уплотнение диска представляет особый практический интерес, поскольку это простой метод изготовления уплотнения для боросиликатного стекла с низким коэффициентом расширения без необходимости использования специальных инструментов или материалов. Ключом к успеху является правильное борирование, нагрев соединения до температуры, максимально приближенной к точке плавления меди, и замедление охлаждения, по крайней мере, путем упаковки сборки в стекловату, пока она еще раскаленная.

Соответствующее уплотнение

Соответствующие уплотнения стекло-металл

В подобранном уплотнении тепловое расширение металла и стекла согласовано. Медная вольфрамовая проволока может использоваться для герметизации через боросиликатное стекло с низким коэффициентом теплового расширения, который согласован с вольфрамом. Вольфрам электролитически покрывается медью и нагревается в атмосфере водорода для заполнения трещин в вольфраме и получения надлежащей поверхности для легкой герметизации к стеклу. Боросиликатное стекло обычной лабораторной стеклянной посуды имеет более низкий коэффициент теплового расширения, чем вольфрам, поэтому необходимо использовать промежуточное герметизирующее стекло для получения герметизации без напряжений.

Существуют комбинации стекла и сплавов железа, никеля и кобальта ( Kovar ), где даже нелинейность теплового расширения согласована. Эти сплавы могут быть напрямую запечатаны в стекло, но тогда окисление становится критическим. Кроме того, их низкая электропроводность является недостатком. Поэтому их часто покрывают золотом. Также возможно использовать серебряное покрытие, но тогда необходим дополнительный слой золота в качестве барьера для диффузии кислорода, чтобы предотвратить образование оксида железа.

Хотя существуют сплавы Fe-Ni, которые при комнатной температуре имеют такое же тепловое расширение, как вольфрам, они не подходят для герметизации стекла из-за слишком сильного увеличения их теплового расширения при более высоких температурах.

Герконовые переключатели используют подобранное уплотнение между железо-никелевым сплавом (NiFe 52) и подобранным стеклом. Стекло герконовых переключателей обычно зеленое из-за содержания в нем железа, поскольку герметизация герконовых переключателей осуществляется путем нагревания инфракрасным излучением, а это стекло демонстрирует высокое поглощение в ближнем инфракрасном диапазоне.

Электрические соединения натриевых ламп высокого давления, светло-желтых ламп для уличного освещения, изготовлены из ниобия, легированного 1% циркония. [12]

Исторически некоторые телевизионные электронно-лучевые трубки изготавливались с использованием ферритной стали для воронки и стекла, соответствующего по расширению ферритной стали. Используемая стальная пластина имела диффузионный слой, обогащенный хромом, на поверхности, полученный путем нагрева стали вместе с оксидом хрома в атмосфере, содержащей HCl. В отличие от меди, чистое железо не связывается прочно с силикатным стеклом. Кроме того, техническое железо содержит некоторое количество углерода, который образует пузырьки CO, когда оно герметизируется со стеклом в окислительных условиях. Оба являются основным источником проблем для технического эмалевого покрытия стали и делают прямые уплотнения между железом и стеклом непригодными для применения в условиях высокого вакуума. Оксидный слой, образованный на хромсодержащей стали, может герметично герметизировать стекло, а хром сильно реагирует с углеродом. Посеребренное железо использовалось в ранних микроволновых лампах.

Можно изготовить согласованные уплотнения между медью или аустенитной сталью и стеклом, но силикатное стекло с таким высоким тепловым расширением особенно хрупкое и имеет низкую химическую стойкость.

Галогенная лампа с молибденовой фольгой

Уплотнение из молибденовой фольги

Другим широко используемым методом герметизации через стекло с низким коэффициентом теплового расширения является использование полосок тонкой молибденовой фольги. Это можно сделать с согласованными коэффициентами теплового расширения. Тогда края полосы также должны быть острыми как нож. Недостатком здесь является то, что кончик края, который является локальной точкой высокого растягивающего напряжения, достигает стенки стеклянного контейнера . Это может привести к низкой утечке газа. В герметизации ножевым краем трубка-трубка край находится либо снаружи, либо внутри, либо утоплен в стеклянную стенку.

Траектории напряжений в компрессионном уплотнении «стекло-металл» с двумя металлическими выводами

Компрессионное уплотнение

Полугерметичный компрессорный многополюсный ввод (компрессионный стекло-металлический герметик)

Другой возможностью конструкции уплотнения является компрессионное уплотнение. Этот тип уплотнения стекло-металл может использоваться для подачи через стенку металлического контейнера. Здесь провод обычно подгоняется к стеклу, которое находится внутри отверстия прочной металлической детали с более высоким коэффициентом теплового расширения. Компрессионные уплотнения могут выдерживать чрезвычайно высокие давления [a] и физические нагрузки, такие как механический и тепловой удар. [13]

Хлорид серебра

Хлорид серебра , который плавится при температуре 457 °C, связывается со стеклом, металлами и другими материалами и используется для вакуумных уплотнений. Даже если это может быть удобным способом герметизации металла в стекле, это не будет настоящим герметизацией стекла с металлом, а скорее комбинацией связи стекла с хлоридом серебра и хлорида серебра с металлом; неорганическая альтернатива связям воска или клея.

Аспекты дизайна

Также механическая конструкция уплотнения стекло-металл оказывает важное влияние на надежность уплотнения. В практических уплотнениях стекло-металл трещины обычно начинаются на краю интерфейса между стеклом и металлом либо внутри, либо снаружи стеклянного контейнера. Если металл и окружающее стекло симметричны, трещина распространяется под углом от оси. Таким образом, если стеклянная оболочка металлической проволоки выступает достаточно далеко от стенки контейнера, трещина не пройдет через стенку контейнера, но достигнет поверхности с той же стороны, где она началась, и уплотнение не будет протекать, несмотря на трещину.

Другим важным аспектом является смачивание металла стеклом. Если тепловое расширение металла выше теплового расширения стекла, как в случае с уплотнителем Houskeeper, высокий угол контакта (плохое смачивание) означает, что на поверхности стекла вблизи металла имеется высокое растягивающее напряжение. Такие уплотнения обычно ломаются внутри стекла и оставляют на металле тонкий слой стекла. Если угол контакта низкий (хорошее смачивание), поверхность стекла повсюду находится под напряжением сжатия, как эмалевое покрытие . Обычное натриево-кальциевое стекло не течет по меди при температурах ниже точки плавления меди и, таким образом, не дает низкого угла контакта. Решение состоит в том, чтобы покрыть медь припоем из стекла , которое имеет низкую температуру плавления и течет по меди, а затем прижать мягкое натриево-кальциевое стекло к меди. Припойное стекло должно иметь коэффициент теплового расширения, который равен или немного ниже, чем у натриево-кальциевого стекла. Классически используются стекла с высоким содержанием свинца, но их также можно заменить многокомпонентными стеклами, например, на основе системы Li
2
О
- На
2
ХОРОШО

2
O
- CaO - SiO
2
- Б
2
О
3
- ZnO - TiO
2
- BaO - Al
2
О
3
.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Из-за стекла, которое чрезвычайно прочно на сжатие.

Ссылки

  1. ^ M. Fakouri Hasanabadi; A. Nemati & AH Kokabi (октябрь 2015 г.). «Влияние промежуточного никелевого слоя на прочность уплотнения и химическую совместимость стекла и ферритной нержавеющей стали в окислительной среде для твердооксидных топливных элементов». Международный журнал водородной энергетики . 40 (46): 16434–16442. Bibcode : 2015IJHE...4016434F. doi : 10.1016/j.ijhydene.2015.10.023.
  2. ^ abcdefg Рот, Александр (1997-05-27). Методы вакуумной герметизации. Springer. стр. 151. ISBN 978-1-56396-259-2.
  3. ^ ab Minges, Merrill L.; Handbook Committee (1989). Electronic Materials Handbook: Packaging. CRC Press. ISBN 978-0-87170-285-2.
  4. ^ abcd Rosebury, Fred (1992-12-31). Справочник по электронным лампам и вакуумным методам. Американский институт физики. ISBN 978-1-56396-121-2.
  5. ^ "СОЕДИНЕНИЕ МЕТАЛЛА И СТЕКЛА".
  6. ^ abcd Джон Фредерик Ланкастер (1999). Металлургия сварки. Woodhead Publishing. ISBN 978-1-85573-428-9.
  7. ^ Белсер, Ричард Б. (1954). «Техника пайки тонких металлических пленок». Rev. Sci. Instrum . 25 (2): 180–183. Bibcode : 1954RScI...25..180B. doi : 10.1063/1.1771017.
  8. ^ ab Weissler, G. L; Carlson, Robert Warner (1979). Физика и технология вакуума. Academic Press. ISBN 978-0-12-475914-5.
  9. ^ Döge, Stefan & Hingerl, Jürgen (март 2018 г.). «Герметичный, прозрачный криогенный контейнер для образцов водорода для измерений пропускания ультрахолодных нейтронов». Rev. Sci. Instrum . 89 (3): 033903. arXiv : 1803.10159 . Bibcode : 2018RScI...89c3903D. doi : 10.1063/1.4996296. PMID  29604765. S2CID  4594379.
  10. ^ "JLC Electromet - Dumet Wire: медная проволока из сплава Ni-Fe". Архивировано из оригинала 2010-12-18.
  11. ^ Коль, Вальтер Генрих (1967). Справочник по материалам и методам для вакуумных приборов. Американский институт физики. ISBN 978-1-56396-387-2.
  12. ^ stahl und eisen 130 (2010), Vol. 2, с. 16
  13. ^ "Герметичное уплотнение | Стекло-металлическое уплотнение | Elan Technology в США". Elan Technology . Получено 2015-12-03 .

Внешние ссылки