Соединения керамики с металлами
После спекания обычно производится механическая обработка керамики — шлифование с использованием алмазных кругов.
Следует учитывать, что при механической обработке, в частности шлифовке, керамика сильно загрязняется, особенно ионами хлора, углеводородами, что повышает ее газовыделение в вакууме.
Для удаления следов хлора и органических веществ керамические детали перед монтажом в прибор рекомендуется подвергать окислительному обжигу в воздушной атмосфере при Ш — 1000°С в течение двух часов.
Потемнение поверхности керамических деталей при их нагреве в процессе вакуумной обработки прибора обусловлено наличием в керамике органических загрязнений, примесей железа, диоксида титана, а также прикосновением к ней потными руками, конденсацией на керамике паров металлов, распыляющихся с катода и нагретых электродов.
Кроме того, металлическая диафрагма, обычно изготовляемая из меди, должна иметь малую толщину (== 0,1 + 0,5 мм), что позволяет ей деформироваться при остывании спая в соответствии с ТКР керамики.
В несогласованных спаях, в которых металл охватывает керамику (рис. 16.3, а), ТКР металла должен быть больше ТКР керамики, при большой разности ТКР рекомендуется коническая конструкция охватывающего спая (рис. 16.3, б) — в этом спае различное расширение металла и керамики компенсируется перемещением металлической детали, что позволяет сохранить необходимый зазор для припоя.
В охватываемых спаях, где металл находится внутри керамики (рис. 16.3, в, г), ТКР металла должен быть ниже, чем ТКР керамики, — в этом случае в спае образуются напряжения, сжимающие керамику (что менее опасно, чем напряжения растяжения). В тех случаях, когда керамику нужно соединить с массивной металлической деталью, фланцы следует выполнять с элементами сильфонов (гофрами) или мембран, которые гасят напряжения, возникающие при изменениях температуры (рис. 16.3, д, е). Применение для несогласованных спаев мягких и эластичных металлов и сплавов (например, меди, ферроникелевых сплавов), способных к пластической деформации под действием возникающих напряжений, позволяет сохранить термическую и механическую прочность спаев. Для получения прочных несогласованных соединений керамической детали с металлом используют метод компенсации односторонних изгибающих напряжений путем размещения металлической детали между керамикой (рис. 16.3, ж). В этих конструкциях на керамические детали после сварки действуют напряжения сжатия и изгиба.
Подбор пары керамика — металл производят в зависимости от ТКР металла и керамики и конструкции спая.
Прочность металлокерамических соединений можно повысить путем введения в керамику катионов Li, Sr, Мп, Со, Y, например, Многоступенчатый метод изготовления спая основан на металлизации керамики порошками металлов, вжигании этих порошков в керамику и пайке металлизированной керамики с металлической деталью с помощью твердого припоя.
Металлы, применяемые для предварительной металлизации керамики, должны иметь хорошую смачиваемость припоем и не растворяться в серебряном припое. Практически для металлизаций используют порошок молибдена (молибденовая технология) или смесь порошков молибдена и марганца (молибденово-марганцевая технология).
Наиболее пригодной считается стеатитовая керамика, так как она содержит избыток кислотных оксидов, которые способствуют улучшению прочности сцепления порошка металла с поверхностью керамики.