Стекло-металл уплотнение - Glass-to-metal seal - Wikipedia

Урановое стекло используются как вводные уплотнения в вакууме конденсатор

Стекло-металл уплотнения являются очень важным элементом конструкции вакуумные трубки, электрические разрядные трубки, лампы накаливания, залитый стеклом полупроводниковые диоды, герконы, герметичные стеклянные окна в металлических ящиках и металлические или керамические корпуса электронные компоненты.

Правильно сделанная такая печать герметичный (вакуумная герметичность, хорошая электрическая изоляция, особые оптические свойства, например, УФ-лампы). Чтобы добиться такого уплотнения, должны соблюдаться два свойства:

  1. Расплавленное стекло должно быть способным смачивание металл, чтобы образовать прочную связь, и
  2. В тепловое расширение стекла и металла должны быть точно подогнаны друг к другу, чтобы уплотнение оставалось прочным во время охлаждения узла.

Если подумать, например, о металлическом проводе в уплотнении стеклянной колбы, контакт металлического стекла может сломаться, если CTE (коэффициент теплового расширения) не выровнены должным образом. В случае, когда КТР металла больше, чем КТР стекла, уплотнение имеет высокую вероятность разрушения при охлаждении. При понижении температуры металлическая проволока сжимается больше, чем стекло, что приводит к сильному растягиванию стекла, что в конечном итоге приводит к его разрушению. С другой стороны, если КТР стекла больше, чем КТР металлической проволоки, уплотнение будет затягиваться при охлаждении, так как к стеклу прикладывается сила сжатия.

Стандартные уплотнительные и паяльные стекла
Данные о тепловом расширении для некоторых металлов и сплавов

В соответствии со всеми требованиями, которые должны быть выполнены, и настоятельной необходимостью согласовать КТР обоих материалов, лишь несколько компаний предлагают специальное стекло для герметизации стекло-металл. Такие как SCHOTT AG и Расширенные материалы Morgan.

Связи стекло-металл

Стекло и металл могут соединяться друг с другом чисто механическими способами, что обычно дает более слабые соединения, или посредством химического взаимодействия, когда оксидный слой на поверхности металла образует прочную связь со стеклом. В кислотно-основные реакции являются основными причинами взаимодействия стекло-металл при наличии оксидов металлов на поверхности металла. После полного растворения поверхностных оксидов в стекле дальнейший ход взаимодействия зависит от кислорода. Мероприятия на интерфейсе. Кислород Мероприятия может быть увеличен за счет распространения молекулярный кислород через некоторые дефекты, такие как трещины. Кроме того, восстановление термодинамически менее стабильных компонентов в стекле (и высвобождение ионов кислорода) может увеличить содержание кислорода. Мероприятия на интерфейсе. Другими словами, редокс реакции являются основными причинами взаимодействия стекло-металл при отсутствии оксидов металлов на поверхности металла.[1]

Для обеспечения герметичности уплотнения уплотнение не должно содержать пузырьков. Пузырьки чаще всего создаются газами, выходящими из металла при высокой температуре; Поэтому дегазация металла перед герметизацией важна, особенно для никеля, железа и их сплавов. Это достигается путем нагревания 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 металлической поверхности также снижает выделение газа. Большая часть выделяемого газа производится из-за присутствия углерод примеси в металлах; их можно удалить нагреванием в водороде.[2]

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

Медь

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

Для приклеивания меди к стеклу поверхность должна быть должным образом окислена. Оксидный слой должен иметь нужную толщину; слишком мало оксида не обеспечит достаточного количества материала для закрепления стекла, слишком большое количество оксида приведет к разрушению оксидного слоя, и в обоих случаях соединение будет слабым и, возможно, негерметичным. Для улучшения сцепления со стеклом оксидный слой следует обработать борированием; это достигается, например, окунание горячей части в концентрированный раствор бура а затем снова нагреть его в течение определенного времени. Эта обработка стабилизирует оксидный слой, образуя тонкий защитный слой борат натрия на его поверхности, чтобы оксид не становился слишком толстым во время последующей обработки и соединения. Слой должен иметь однородный оттенок от темно-красного до пурпурного.[3][4] Оксид бора из борированного слоя диффундирует в стекло и снижает его температуру плавления. Окисление происходит за счет диффузии кислорода через слой расплавленного бората и образования оксида меди (I), в то время как образование оксида меди (II) ингибируется.[2]

Уплотнение «медь-стекло» должно выглядеть ярко-красным, почти алым; допустимы также розовый, хересный и медовый цвета. Слишком тонкий оксидный слой кажется светлым, вплоть до цвета металлической меди, а слишком толстый оксид выглядит слишком темным.

Бескислородная медь необходимо использовать, если металл контактирует с водород (например, в заполненная водородом трубка или во время работы в пламени). В норме медь содержит небольшие включения оксид меди (I). Водород диффундирует через металл и реагирует с оксидом, восстанавливая его до меди и образуя воду. Однако молекулы воды не могут диффундировать через металл, задерживаются в месте включения и вызывают охрупчивание.

Поскольку оксид меди (I) хорошо связывается со стеклом, он часто используется в комбинированных устройствах стекло-металл. Пластичность меди может быть использована для компенсации несоответствия теплового расширения, например, в уплотнения острия. Для проходов подачи проволоки, думет Проволока - железо-никелевый сплав с медным покрытием - часто используется. Однако его максимальный диаметр ограничен примерно 0,5 мм из-за теплового расширения.

Медь может быть герметично соединена со стеклом без оксидного слоя, но полученное соединение будет менее прочным.

Платина

Платина имеет такое же тепловое расширение, как стекло, и хорошо смачивается расплавленным стеклом. Однако он не образует оксидов, его прочность связи ниже. Пломба имеет металлический цвет и ограниченную прочность.

Золото

Как платина, золото не образует оксидов, которые могут способствовать склеиванию. Поэтому связи стекло-золото имеют металлический цвет и являются слабыми. Золото, как правило, используется для стеклометаллических пломб очень редко. Особые составы известково-натриевых стекол, соответствующие тепловому расширению золота, содержащие триоксид вольфрама и оксиды лантана, алюминия и циркония существуют.[5]

Серебро

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

Никель

Никель может связываться со стеклом либо как металл, либо через оксид никеля (II) слой. Металлический стык имеет металлический цвет и низкую прочность. Шов оксидного слоя имеет характерный зелено-серый цвет. Никелирование можно использовать так же, как и меднение, чтобы улучшить сцепление с основным металлом.[3]

Утюг

Утюг редко используется для сквозных соединений, но часто покрывается стекловидная эмаль, где граница раздела также представляет собой связь стекло-металл. Прочность связи также определяется характером оксидного слоя на его поверхности. Наличие кобальт 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, врастая в стекло и улучшая прочность сцепления.[6]

Утюг не может быть напрямую запечатан свинцовое стекло, поскольку он 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 к образованию пузырьков газа в стекле из-за остаточных примесей углерода; их можно удалить нагреванием во влажном водороде. Также рекомендуется покрытие медью, никелем или хромом.[2]

Хром

Хром представляет собой высокореактивный металл, присутствующий во многих сплавах железа. Хром может реагировать со стеклом, восстанавливая кремний и образуя кристаллы силицид хрома врастает в стекло и скрепляет металл со стеклом, улучшая прочность соединения.[6]

Ковар

Ковар, сплав железа, никеля и кобальта, имеет низкое тепловое расширение, подобное высокоборосиликатное стекло и часто используется для стекло-металлических уплотнений, особенно для применения в рентгеновские трубки или стеклянные лазеры. Он может связываться со стеклом через промежуточный оксидный слой оксид никеля (II) и оксид кобальта (II); доля оксида железа мала из-за его восстановления кобальтом. Прочность соединения 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 хорошую печать. Металлический цвет указывает на отсутствие оксида, а черный цвет указывает на чрезмерно окисленный металл, что в обоих случаях приводит к слабому стыку.[2]

Молибден

Молибден связывается со стеклом через промежуточный слой оксид молибдена (IV). Из-за низкого коэффициента теплового расширения, соответствующего стеклу, молибден, как и вольфрам, часто используется для соединения стекла с металлом, особенно в сочетании с алюмосиликатным стеклом. По своей высокой электропроводности он превосходит никель-кобальт-железные сплавы. В осветительной промышленности он используется в качестве проходного кабеля для лампочек и других устройств. Молибден окисляется намного быстрее, чем вольфрам, и быстро образует толстый слой оксида, который плохо держится, поэтому его окисление должно быть ограничено только желтоватым или, самое большее, 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) до 1000 ° C. Ленты из молибдена используются вместо проводов, где требуются более высокие токи (и более высокие поперечные сечения проводов).[2]

Вольфрам

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

Нержавеющая сталь

304 Нержавеющая сталь образует связи со стеклом через промежуточный слой оксид хрома (III) и оксид железа (III). Возможны дальнейшие реакции хрома с образованием дендритов силицида хрома. Однако коэффициент теплового расширения стали значительно отличается от стекла; Как и в случае с медью, это можно уменьшить, используя уплотнения с острым концом (Houskeeper).[4]

Цирконий

Цирконий Проволока может быть прикреплена к стеклу с минимальной обработкой - протиранием наждачной бумагой и коротким нагревом в огне. Цирконий используется в приложениях, требующих химической стойкости или отсутствия магнетизма.[2]

Титан

Титан, как и цирконий, может быть прикреплен к некоторым очкам с минимальной обработкой.[2]

Индий

Индий а некоторые из его сплавов можно использовать в качестве припаять способен смачивать стекло, керамику и металлы и соединять их вместе.[7] Индий имеет низкую температуру плавления и очень мягкий; мягкость позволяет ему пластически деформироваться и поглощать напряжения из-за несоответствия теплового расширения. Из-за очень низкого давления пара индий находит применение в стекло-металлических уплотнениях, используемых в вакуумной технике.[8] и криогенные приложения.[9]

Галлий

Галлий мягкий металл с температурой плавления 30 ° C. Он легко смачивает стекла и большинство металлов и может использоваться для уплотнений, которые можно собирать / разбирать при небольшом нагревании. Его можно использовать как жидкое уплотнение до высоких температур или даже при более низких температурах при легировании другими металлами (например, как Галинстан ).[8]

Меркурий

Меркурий представляет собой металлическую жидкость при нормальной температуре. Он использовался в качестве самого раннего уплотнения стекло-металл и до сих пор используется для жидкие уплотнения например, для вращающиеся валы.

Печать ртути

Первым технологическим применением уплотнения стекло-металл было инкапсулирование вакуум в барометр к Торричелли. Жидкость Меркурий смачивает стекло и тем самым обеспечивает герметичное уплотнение. Жидкая ртуть также использовалась для герметизации металлических выводов ранних ртутные дуговые лампы в плавленый кварц луковицы.

Менее токсичная и более дорогая альтернатива ртути: галлий.

Ртутные и галлиевые уплотнения могут использоваться для вакуумного уплотнения вращающихся валов.

Платиновая проволочная пломба

Следующим шагом было использование тонких платина провод. Платина легко смоченный по стеклу и имеет аналогичный коэффициент температурного расширения как типичный газировка со вкусом лайма и свинцовое стекло. С ним также легко работать из-за его неокисляемости и высокой температуры плавления. Этот тип уплотнения использовался в научном оборудовании на протяжении 19 века, а также в первых лампах накаливания и радиолампах.

Проволочная пломба Dumet

В 1911 г. Dumet была изобретена проволочная пломба, которая до сих пор является обычной практикой медь ведет через натриево-кальциевое или свинцовое стекло. Если медь должным образом окисляется до того, как она смачивается расплавленным стеклом, можно получить герметичное 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, потому что ее коэффициент теплового расширения намного выше, чем у стекла. Таким образом, при охлаждении на границу раздела стекло-металл действует сильная растягивающая сила, и она разрушается. Границы раздела стекло и стекло-металл особенно чувствительны к растягивающим нагрузкам. Проволока Dumet - это проволока, плакированная медью (около 25% веса проволоки составляет медь) с сердечником из никель-железного сплава 42, сплава с составом около 42% никеля.[10] Сердечник имеет низкий коэффициент теплового расширения, что позволяет использовать провод с коэффициентом радиального теплового расширения, который немного ниже, чем линейный коэффициент теплового расширения стекла, так что граница раздела стекло-металл подвергается низкому сжатию. стресс. Также невозможно отрегулировать осевое тепловое расширение проволоки. Из-за гораздо более высокой механической прочности никель-железного сердечника по сравнению с медью, осевое тепловое расширение проволоки Дюмет примерно такое же, как у сердечника. Таким образом, нарастает напряжение сдвига, которое ограничено безопасным значением из-за низкой прочности меди на растяжение. Это также причина, по которой Dumet подходит только для проволоки диаметром менее 0,5 мм. В типичном уплотнении Dumet через основание вакуумной трубки короткий кусок проволоки Dumet приваривается встык к никелевой проволоке на одном конце и к медной проволоке на другом конце. Когда основание прижимается из свинцового стекла, проволока Дюмет и короткая часть никеля и медной проволоки заключаются в стекло. Затем никелевая проволока и стекло вокруг проволоки Дюмет нагреваются газовым пламенем, и стекло прилегает к проволоке Дюме. Никель и медь не герметично закрывают стекло, но имеют механическую поддержку. Стыковая сварка также позволяет избежать проблем с утечкой газа на границе между сердечником и медью.

Уплотнение медной трубки

Три типа уплотнений для медных трубок (от Технический журнал Bell System, 1922). В A край меди не соприкасается со стеклом. В B и C медь обрабатывается до острой кромки ножа, контактирующей со стеклом, причем стекло находится внутри (B) или снаружи (C) меди.

Еще одна возможность избежать сильного растягивающего напряжения при герметизации меди через стекло - это использование тонкостенной медной трубки вместо сплошной проволоки. Здесь на границе раздела стекло-металл нарастает напряжение сдвига, которое ограничивается низкой прочностью меди на растяжение в сочетании с низким растягивающим напряжением. Медная трубка нечувствительна к высокому электрическому току по сравнению с уплотнением Dumet, поскольку при нагревании растягивающее напряжение преобразуется в напряжение сжатия, которое снова ограничивается пределом прочности меди на растяжение. Кроме того, через медную трубку можно провести дополнительный сплошной медный провод. В более позднем варианте только короткий участок медной трубки имеет тонкую стенку, а усадка медной трубки при охлаждении препятствует керамической трубке внутри медной трубки.

Если большие части меди должны быть прикреплены к стеклу, например, медный анод с водяным охлаждением в трубке радиопередатчика высокой мощности или рентгеновская трубка, исторически использовалось уплотнение с режущей кромкой Houskeeper. Здесь конец медной трубки обрабатывается до острой кромки ножа, изобретенной О. Крухом в 1917 году. В методе, описанном WG Houskeeper, внешняя или внутренняя сторона медной трубки прямо до кромки ножа смачивается стеклом и соединяется с то стеклянная трубка.[11] В более поздних описаниях лезвие ножа просто смачивается стеклом на несколько миллиметров, обычно глубже изнутри, а затем соединяется с стеклянная трубка.

Если медь приклеена к стеклу, то лучше получить тонкий ярко-красный Cu
2О содержащий слой между медью и стеклом. Это делается путем борирования. После В.Дж. Скотта вольфрамовую проволоку с медным покрытием погружают примерно на 30 с в хромовую кислоту, а затем тщательно промывают в проточной водопроводной воде. Затем его окунают в насыщенный раствор буры и нагревают до ярко-красного цвета в окислительной части газового пламени. Возможна закалка в воде и сушка. Другой метод - слегка окислить медь в газовом пламени, а затем окунуть ее в раствор буры и дать ей высохнуть. Поверхность борированной меди черная в горячем состоянии и становится темно-винно-красной при охлаждении.

Также можно сделать яркое уплотнение между медью и стеклом, где можно увидеть чистую медную поверхность через стекло, но это дает меньшее сцепление, чем уплотнение с красным Cu
2О содержащий слой. Если стекло плавится на меди в восстановительной атмосфере водорода, уплотнение становится чрезвычайно слабым. Если медь должна нагреваться в водородсодержащей атмосфере, например газовое пламя должно быть бескислородным, чтобы предотвратить водородное охрупчивание. Медь, которая предназначена для использования в качестве электрического проводника, не обязательно бескислородная и содержит частицы Cu
2О которые реагируют с водородом, который диффундирует в медь, чтобы ЧАС
2О который не может диффундировать из меди и, таким образом, вызывает охрупчивание. Медь, обычно используемая в вакууме, очень чистая. OFHC (бескислородно-высокая проводимость) качество, которое не содержит Cu
2О и раскисляющие добавки, которые могут испаряться при высокой температуре в вакууме.

Медное дисковое уплотнение

В медном дисковом уплотнении, предложенном W.G. Houskeeper, конец стеклянная трубка закрывается круглым медным диском. Дополнительное кольцо из 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 стеклянная трубка и обе трубки находятся под вакуумом. Дисковое уплотнение представляет особый практический интерес, поскольку это простой метод создания уплотнения для боросиликатного стекла с низким коэффициентом расширения без использования специальных инструментов или материалов. Ключом к успеху являются правильное борирование, нагрев соединения до температуры, максимально близкой к температуре плавления меди, и замедление охлаждения, по крайней мере, путем упаковки сборки в стекловату, пока она еще горячая.

Соответствующая печать

Соответствующие межмолекулярные уплотнения

В согласованном уплотнении термическое расширение металла и стекла согласовано. Вольфрамовая проволока с медным покрытием может использоваться для герметизации боросиликатного стекла с низким коэффициентом теплового расширения, сравнимым с вольфрамом. Вольфрам покрывается электролитическим медным покрытием и нагревается в атмосфере водорода, чтобы заполнить трещины в вольфраме и получить надлежащую поверхность, позволяющую легко герметизировать стекло. Боросиликатное стекло обычного лабораторная посуда имеет более низкий коэффициент теплового расширения, чем вольфрам, поэтому необходимо использовать промежуточное герметизирующее стекло, чтобы получить герметичное уплотнение.

Существуют комбинации стекла и сплавов железо-никель-кобальт (Ковар ), где учитывается даже нелинейность теплового расширения. Эти сплавы можно напрямую запечатать на стекле, но тогда окисление имеет решающее значение. Также недостатком является их низкая электропроводность. Таким образом, они часто позолочены. Также можно использовать серебряное покрытие, но тогда необходим дополнительный слой золота в качестве барьера диффузии кислорода, чтобы предотвратить образование оксида железа.

Хотя существуют сплавы Fe-Ni, которые соответствуют тепловому расширению вольфрама при комнатной температуре, они не подходят для герметизации стекла из-за слишком сильного увеличения их теплового расширения при более высоких температурах.

Герконовые переключатели используют согласованное уплотнение между железо-никелевым сплавом (NiFe 52) и согласованным стеклом. Стекло герконов обычно зеленого цвета из-за содержания в нем железа, поскольку герметизация герконов осуществляется путем нагрева инфракрасным излучением, и это стекло демонстрирует высокое поглощение в ближнем инфракрасном диапазоне.

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

Исторически сложилось так, что некоторые телевизионные электронно-лучевые трубки изготавливались с использованием воронки из трехвалентной стали и стекла, соответствующего по расширению трехвалентной стали. Используемая стальная пластина имела диффузионный слой, обогащенный хромом, на поверхности, образованной нагреванием стали вместе с оксидом хрома в атмосфере, содержащей HCl. В отличие от меди, чистое железо не имеет прочной связи с силикатным стеклом. Кроме того, техническое железо содержит некоторое количество углерода, который образует пузырьки CO, когда оно прикрепляется к стеклу в окислительных условиях. И то и другое является основным источником проблем при нанесении технической эмали на сталь и делает прямое уплотнение между железом и стеклом непригодным для применения в условиях высокого вакуума. Оксидный слой, образованный на хромсодержащей стали, может герметично закрывать стекло со стеклом, а хром сильно реагирует с углеродом. Посеребренное железо использовалось в первых микроволновых лампах.

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

Галогенная лампа с уплотнением из молибденовой фольги

Уплотнение из молибденовой фольги

Еще один широко распространенный метод герметизации стекла с низким коэффициентом теплового расширения - это использование полос тонкой молибденовой фольги. Это можно сделать с помощью согласованных коэффициентов теплового расширения. Тогда края полоски также должны быть острыми как нож. Недостатком здесь является то, что вершина кромки, которая является локальной точкой высокого растягивающего напряжения, проходит через стенку стеклянная тара. Это может привести к незначительным утечкам газа. В уплотнении ножа между трубкой и трубкой край находится либо снаружи, либо внутри, либо заглублен в стеклянную стенку.

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

Компрессионное уплотнение

Полугерметичный компрессор с многополюсным вводом (компрессионное уплотнение стекло-металл

Другой возможностью конструкции уплотнения является компрессионное уплотнение. Этот тип уплотнения стекло-металл можно использовать для прокладки через стенку металлического контейнера. Здесь провод обычно подгоняют к стеклу, которое находится внутри отверстия прочной металлической детали с более высоким коэффициентом теплового расширения. Компрессионные уплотнения могут выдерживать чрезвычайно высокие давления и физические нагрузки, такие как механические и термические удары. Поскольку стекло чрезвычайно прочно при сжатии, компрессионные уплотнения могут выдерживать очень высокое давление.[13]

Хлорид серебра

Хлорид серебра, который плавится при 457 ° C, связывается со стеклом, металлами и другими материалами и используется для вакуумных уплотнений. Даже если это может быть удобный способ запечатать металл в стекле, это будет не настоящая герметизация стекла с металлом, а комбинация соединения стекла с хлоридом серебра и связи хлорида серебра с металлом; неорганическая альтернатива восковым или клеевым связующим.

Аспекты дизайна

Кроме того, механическая конструкция уплотнения стекло-металл имеет важное влияние на надежность уплотнения. В практических герметиках стекло-металл трещины обычно начинаются на краю границы раздела между стеклом и металлом внутри или снаружи стеклянного контейнера. Если металл и окружающее стекло симметричны, трещина распространяется под углом от оси. Таким образом, если стеклянная оболочка из металлической проволоки простирается достаточно далеко от стенки контейнера, трещина не пройдет сквозь стенку контейнера, а достигнет поверхности с той же стороны, с которой началась, и уплотнение не протечет, несмотря на трещина.

Еще один важный аспект - это смачивание металла стеклом. Если тепловое расширение металла выше, чем тепловое расширение стекла, как в случае уплотнения Housekeeper, большой угол контакта (плохое смачивание) означает, что на поверхности стекла рядом с металлом существует высокое напряжение растяжения. Такие пломбы обычно ломаются внутри стекла и оставляют на металле тонкий слой стекла. Если краевой угол смачивания мал (хорошее смачивание), поверхность стекла повсюду испытывает сжимающее напряжение, как эмаль покрытие. Обычное известково-натриевое стекло не растекается по меди при температурах ниже точки плавления меди и, таким образом, не дает малого угла смачивания. Решение состоит в том, чтобы покрыть медьприпой стекло который имеет низкую температуру плавления и действительно течет по меди, а затем прижимает мягкое известково-натриевое стекло к меди. Стекло для припоя должно иметь коэффициент теплового расширения, равный или немного меньший, чем у натриево-кальциевого стекла. Используются классически стекла с высоким содержанием свинца, но их также можно заменить многокомпонентными стеклами, например на основе системы Ли
2О-Na
2О-K
2О-CaO-SiO
2-B
2О
3-ZnO-TiO
2-BaO-Al
2О
3.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ М. Факури Хасанабади; А. Немати и А. Х. Кокаби (октябрь 2015 г.). «Влияние промежуточного слоя никеля 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. Дои:10.1016 / j.ijhydene.2015.10.023.
  2. ^ а б c d е ж грамм Александр Рот (1997-05-27). Методы вакуумной герметизации. Springer. п. 151. ISBN  978-1-56396-259-2.
  3. ^ а б Меррилл Л. Мингес; Справочник комитета (1989). Справочник по электронным материалам: упаковка. CRC Press. ISBN  978-0-87170-285-2.
  4. ^ а б c d Фред Роузбери (1992-12-31). Справочник по электронной ламповой и вакуумной технике. Американский институт. физики. ISBN  978-1-56396-121-2.
  5. ^ "МЕТАЛЛ-СТЕКЛО".
  6. ^ а б c d Джон Фредерик Ланкастер (1999). Металлургия сварки. Издательство Вудхед. ISBN  978-1-85573-428-9.
  7. ^ Ричард Б. Белсер (1954). «Техника пайки тонких металлических пленок». Rev. Sci. Instrum. 25 (2): 180–183. Дои:10.1063/1.1771017.
  8. ^ а б Weissler, G.L; Карлсон, Роберт Уорнер (1979). Физика и технология вакуума. ISBN  978-0-12-475914-5.
  9. ^ Стефан Дёге и Юрген Хингерл (март 2018 г.). «Герметичный, прозрачный криогенный контейнер для проб водорода для измерений пропускания ультрахолодных нейтронов». Rev. Sci. Instrum. 89 (3): 033903. arXiv:1803.10159. Bibcode:2018RScI ... 89c3903D. Дои:10.1063/1.4996296. PMID  29604765.
  10. ^ "JLC Electromet - Проволока Dumet: Проволока из сплава Ni-Fe с медным покрытием". Архивировано из оригинал на 2010-12-18.
  11. ^ Коль, Вальтер Генрих (1967). Справочник материалов и техники для вакуумных устройств. Американский институт физики. ISBN  978-1-56396-387-2.
  12. ^ stahl und eisen 130 (2010), Vol. 2, стр. 16
  13. ^ «Герметичное уплотнение | Стекло-металл-уплотнение | Elan Technology в США». Elan Technology. Получено 2015-12-03.
  • США 1083070, Элдред, Б.Е., "Составной металл", выпущенный в 1913 году. 
  • США 1140134 Элдред Б.Е. "Лампа накаливания", выпущенная в 1915 году. 
  • США 1140135, Элдред, Б.Е., "Процесс производства сложных металлических изделий", выпущенный в 1915 г. 
  • США 1140136, Элдред, Б.Е., "Проволока низкого расширения", выпущенная в 1915 г. 
  • США 1093997, Kraus, C.A., "Гидравлическое уплотнение для вакуумных контейнеров", выпущено в 1914 г. 
  • США 1498908, Финк К.Г., "Эвакуированный контейнер", выпущенный в 1924 г. 
  • США 1268647, Van Keuren, W.L., "Ведущий дирижер", выпущен в 1918 году. 
  • DE 424133, Kruh, O., "Luftdichter Metallkappenanschluß für die Stromzuführung in Glashohlkörper", выпущенный в 1926 г. 
  • США 1293441, Houskeeper, W.G., "Комбинированная конструкция из металла и стекла и способ их формирования", выпущенная в 1919 г. 
  • США 1294466, Houskeeper, W.G., "Комбинированная конструкция из металла и стекла и способ ее изготовления", выпущенная в 1919 г. 
  • Houskeeper, W.G. (1923), "Искусство герметизации неблагородных металлов через стекло", Варенье. Inst. Elec. Engrs., 42 (9): 954–960, Дои:10.1109 / JoAIEE.1923.6593372
  • США 1647620, Холл, Р.Д., "Метод борирования думетровой проволоки", выпущенный в 1927 г. 
  • Рейман, А.Л. (июнь 1946 г.), "Вольфрамовые уплотнения с медным покрытием через твердое стекло", J. Sci. Instrum., 23 (6): 121–124, Дои:10.1088/0950-7671/23/6/305
  • Скотт, У.Дж. (сентябрь 1946 г.), «Конструкция уплотнения стекло-металл», J. Sci. Instrum., 23 (9): 193–202, Дои:10.1088/0950-7671/23/9/301
  • DE 1817839U, Egyesuelt Izzolampa, HU, "Stromzuführungsdraht für vakuumtechnische Glasgeräte", выпущено в 1960 г. 
  • Mönch, G.C. (1961), Neues und Bewährtes aus der Hochvakuumtechnik, Берлин
  • Рот, А. (1966), Техника вакуумной герметизации, Оксфорд
  • Коль, W.H. (1967), Справочник материалов и методов для вакуумных устройств, Нью-Йорк
  • США 6324870, Chabin, et al., "Способ и устройство для объединения стеклянной и металлической частей", выпущенный в 2001 г. 
  • США 7102242, Brix, et al., "Стеклянные трубки из бессвинцового сплава, особенно для герметизации диодов и диодов, заключенных в них", выпущенный в 2006 г. 

внешняя ссылка