Способы улучшения герметичности и прочности спаев

Оксидная пленка должна иметь прочное сцепление с металлом, хорошо растворяться в стекле и металле, быть тонкой, плотной, сплошной. Эти условия достигаются при оптимальной толщине оксидной пленки и значении ее ТКР, мало отличающемся от ТКР металла, а также при большой скорости диффузии оксидной пленки в стекло и металл. Если толщина оксидного слоя меньше оптимальной, то спай обладает вакуумной плотностью, но имеет малую механическую прочность (ввиду отлипания металла от стекла). Если толщина оксидной пленки больше оптимальной, спай обладает механической прочностью, но не обеспечивает герметичности (так как чем толще слой оксида металла, тем хуже его сцепление с металлом и больше вероятность натекания по границе между металлом и оксидным слоем). Во влажном атмосферном воздухе пассивирующая оксидная пленка может Утолщаться; это приводит к возникновению сильных местных напряжений в стекле спая на границе стекло — металл — воздух и соответственно к появлению трещин.

Пассивирующая оксидная пленка, удовлетворяющая вышеперечисленным требованиям, образуется, в частности, на меди, хроме, вольфраме, коваре, сплавах Н47ХР, Н47Д5, платините;

В спаях платинита со стеклом, связанные с перегревом платинита _при изготовлении спаев и сборке приборов (приводят к снижению механической прочности вводов и их разрушению).

Платинит необходимо хранить в упаковке, защищающей его от действия влаги (пергамент, фольга, герметичные коробки). Для обезвоживания пленки буры и сплавления ее в стекловидный слой желательно перед впаиванием прогреть платинит в печи при 800 1000°С.

Она представляет собой низшие оксиды, в которых метщд проявляет минимальную из присущих ему валентностей.

Образования пассивирующей пленки эти металлы перед спаиванием со стеклом подвергают предварительному окислитель» но-восстановительному отжигу в среде влажного водорода. Отжиг в среде влажного водорода способствует также удалению с поверхности металла углеродистых загрязнений (например, масел, жиров, следов графита).

Наличие на металле углеродистых и сернистых загрязнений приводит к появлению цепочки пузырей, пустот в спае (за счет сгорания углерода и выделения газообразных продуктов непосредственно при спаивании стекла с металлом) и к повышению хрупкости металла. Газ, содержащийся в пузырьках, подвергается ионизации (под действием разности потенциалов, приложенных к электродам). Это приводит к пробоям и разрядам и, следовательно, к разрушению спая.

На некоторых металлах, например меди, платините, в зависимости от условий оксидирования может образоваться тонкая пленка закиси меди красного цвета, улучшающая качество спая, или толстая, рыхлая, пористая пленка оксида меди черного цвета, ухудшающая качество спая. Тонкая оксидная пленка образуется при слабом оксидировании металла, а толстая — при сильном. Для предотвращения чрезмерного оксидирования меди рекомендуется наносить стекло на медь или платинит в восстановительной области пламени.

На практике применяют несколько способов защиты металлов от переокисления в процессе изготовления спаев при высокой температуре:

• 1) предварительное покрытие поверхности металлической детали в зоне спаивания стеклянной пастой или эмалью;

• 2) электролитическое осаждение на поверхности детали слоев других металлов (хрома, меди, серебра, золота), образующих прн оксидировании пассивирующие пленки;

• 3) изготовление спая в среде защитного газа (азота, аргона, водорода, формир-газа);

• 4) применение для нагрева токов высокой частоты вместо газового пламени.

О качестве впая металла в стекло можно судить по цвету спая. Хорошо выполненный впай платинита имеет светлый кирпично-красный цвет, молибдена — коричневый, вольфрама — золотисто-оранжевый, ковара — от светло-серого до темно-серого» меди (или медненного ферроникеля) — от светло-желтого до красного, высокохромистой стали — зеленый.

Цвет спая зависит и от состава стекла. Так, при спаивании вольфрама со стеклом, содержащим оксид лития, образуется но характерный желто-коричневый цвет, а синий, свойственный вольфра^матУ лития.

Следует учитывать, что стекло на внутренней границе с металлом в спае может выдержать гораздо большие напряжения, _чем на поверхности спая, граничащей с внешней атмосферой. Это связано с тем, что прочность стекла резко снижается при соприкосновении с водяными парами, сырым воздухом и парами спирта. Значительно повышает прочнось стекла обработка его в вакууме — стекло, нагретое в вакууме до 300°С, не обнаруживает явления усталости.

Спаи стекла и металла изготовляют путем нагрева пламенем газовых горелок или электрическим током.

При любом способе образования спаев при нагреве стекла происходит снижение его вязкости. При вязкости порядка 10^й П начинается взаимная диффузия оксидов металла и стекла и их взаимное растворение; при вязкости стекла 10⁴ — 10⁶П оно смачивает металл и растекается по нему, заполняя поры, пустоты, неровности. Следует учесть, что чем выше температура спаивания (т. е. чем меньше вязкость стекла), тем лучше заполняются микронеровности поверхности металла и тем прочнее сцепление стекла с металлом. Однако если стекло длительно выдерживать при температуре размягчения, то в нем происходит процесс расстекловывания — кристаллизация, это приводит к помутнению стекла и снижению его механической прочности.